Development of data assimilation method for crystal plasticity analysis reflecting dislocation microstructures

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金属材料における変形から破壊に至る過程を制御するためには，ナノスケールで生じる現象や微視組織の形成を理解し，計算機シミュレーションに反映させる必要がある．金属材料の破壊に関しては種々のモデルが提案されているものの，ナノスケールにおける破壊現象に関して十分に理解されているとは言い難い．本研究では，SUS316L（FCC）をモデル材料として，透過電子顕微鏡（TEM）内引張その場観察を行い，き裂進展に伴うナノスケールの組織変化を解析した．まず，試料作成にあたっては集束イオンビームを活用し，応力集中部を作ることで，TEM観察箇所で必ず変形・破壊が生じるような試料作成に成功した．組織解析にあたっては，原子分解能観察だけでなく，電子エネルギ損失分光法（EELS）解析および4D-STEM観察を行った．EELSによる解析では，き裂先端で体積プラズモンのピークが低エネルギ側へシフトすることが確認された．また，原子分解能観察によって，き裂先端では非晶質化が生じていることがわかった．体積プラズモンは価電子密度を反映しており，今回の場合は質量密度と相関があるとみなせるため，き裂先端でのピークシフトは，ＦＣＣという稠密構造から非晶質化という，局所的な密度変化を捉えていると考えられる．さらに，4D-STEM解析を行った所，き裂進展方向に沿って特徴的な回折スポットが表れた．このように，金属の破壊に関してナノスケールの観点から重要な知見を得ると共に，その解析手法を見出している．