計算科学手法を用いた空孔型欠陥の定量的評価に基づく水素脆化モデルの検証

使用计算科学方法基于空位型缺陷的定量评估氢脆模型的验证

• 批准号: 19K05069
• 负责人: 海老原 健一
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: Japan Atomic Energy Agency
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19K05069/
• 关键词: 水素脆化; 水素助長ひずみ誘起空孔モデル; 分子動力学; 反応拡散方程式; 昇温脱離スペクトル; 空孔クラスター; 機械学習ポテンシャル; き裂進展; 転位; 水素助長格子脆化モデル

鉄鋼材料の遅れ破壊は水素脆化が原因と考えられており、その機構の理解に基づく脆化予測・予防が望まれている。水素脆化機構の１つとして、水素とひずみで生成された空孔や空孔クラスターの空孔型欠陥そのものを要因と考える水素助長ひずみ誘起空孔（HESIV）モデルが、実験事実に基づき提案されている。しかし、その具体的な素過程は明確でなく、実験による定量的評価も困難である。本研究では、HESIV モデルの検証のため、原子レベルの計算科学的手法で評価したパラメータを用い、空孔型欠陥の挙動及びその水素トラップ挙動を考慮した反応拡散方程式で水素昇温脱曲線をシミュレーションし、水素脆化条件下で生成される空孔型欠陥のサイズ分布の評価を試みる。さらに空孔型欠陥のき裂への影響を原子レベルで解析し、脆化を生じさせる空孔型欠陥のサイズの評価を目指す。本年度は、これまで開発した水素昇温脱離スペクトルの計算コードの妥当性を見るため、既に報告されている水素の存在を考慮した空孔生成過程のシミュレーションを、同計算コードによって実施した。計算では、DFTを用いて新たに評価した空孔拡散係数及び空孔クラスターからの空孔解離エネルギーを用いた。結果として、空孔型欠陥の水素トラップ・デトラップの速度定数及び空孔移動が始まるトラップ水素量を適切に選ぶことで、既報のシミュレーション結果とほぼ同様の結果を得られることが分かった。また、機械学習ポテンシャルを用いた分子動力学によるα鉄における粒内割れシミュレーションにおいて、直線状のき裂とコイン形状のき裂の進展の様子を比較することで、エネルギー的に若干割れにくい{100}面での割れが、より割れやすい{110}面より実験において多く観測される理由が、き裂先端の自然な乱れのためであることが明らかとなった。

据信，钢材材料的延迟分解是由氢的含糖引起的，并且希望根据对机制的理解来预测和防止封闭。一种基于实验事实的氢含水机制是一种氢增强应变诱导的孔（HESIV）模型，它考虑了由氢，应变和空置簇产生的空缺的空位类型缺陷作为因素。但是，特定的基本过程尚不清楚，并且很难通过实验进行定量评估。在这项研究中，为了验证HESIV模型，我们使用反应扩散方程来模拟氢温度升高，并考虑了空置缺陷的行为及其氢捕获行为的行为，以验证在氢拥板条件下产生的空缺缺陷的大小分布。此外，我们分析了空置缺陷对原子水平裂缝的影响，并旨在评估导致互惠的空置缺陷的大小。在今年，为了查看迄今为止开发的氢温度升压谱的计算代码的有效性，我们使用了相同的计算代码，对氢的存在进行了模拟。该计算使用了新评估的空置扩散系数和空置分离能量的空置分离能量。结果，发现通过适当地选择氢气陷阱的速率常数和空置缺陷的降解以及开始移动孔的氢气和陷阱的量，结果几乎与先前报道的模拟结果相同。此外，在比较线性裂纹和硬币形裂纹的进程中，使用机器学习潜力的分子动力学模拟α铁的裂纹在α铁的模拟中，已经表明，在{100}平面上裂纹的裂纹在实验中的裂纹可能会更频繁地裂纹，而裂纹的可能性要频繁地裂纹，而在自然中的裂缝频率更高，而在自然中的裂缝更加频繁。

项目成果

純鉄中の水素－空孔性欠陥－転位間相互作用に関する原子モデル解析

纯铁中氢-空位缺陷-位错相互作用的原子模型分析

• 发表时间: 2021
• 作者: R. Matsumoto;C. Sano;S. Taketomi;and K. Ebihara;松本龍介
• 通讯作者: 松本龍介

Cleavage and dislocation emissions in BCC iron; A Molecular dynamics study

BCC 铁中的解理和位错排放；

• 发表时间: 2020
• 作者: 鈴土知明;海老原健一;都留智仁
• 通讯作者: 都留智仁

長時間／大規模MDによる鉄中の転位―水素―空孔の相互作用解析

通过长期/大规模 MD 分析铁中的位错-氢-空位相互作用

• 发表时间: 2021
• 作者: R. Matsumoto;C. Sano;S. Taketomi;and K. Ebihara;松本龍介;松本龍介
• 通讯作者: 松本龍介

Hydrogen-Vacancy Complexes in bcc-Fe: Diffusion, Clusterization, Dissociation, and Influence on Dislocation

bcc-Fe 中的氢空位复合物：扩散、团聚、解离以及对位错的影响

• 发表时间: 2021
• 作者: R. Matsumoto;C. Sano;S. Taketomi;and K. Ebihara
• 通讯作者: and K. Ebihara

BCC鉄き裂先端における転位 射出のシミュレーション解析

BCC铁裂纹尖端位错注入仿真分析

• 发表时间: 2023
• 作者: 鈴土 知明;海老原 健一;都留 智仁;森 英喜
• 通讯作者: 森 英喜