自己組織化転位構造の転位動力学シミュレーションおよび実験的研究

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金属が繰返し変形を受けたときの内部構造の変化を金属物理学的見地から調査するために,転位運動および形成される組織を実験およびシミュレーションの両観点から検討した.まず実験的な研究は,種々の引張軸方位を有する銅単結晶試験片を用いて定塑性ひずみ振幅制御の繰返し変形試験を行い,その転位構造をElectron Channelling Contrast Imaging(ECCI)法で観察した.ECCI法とはSEMを用いる観察法の一種で,表面観察から転位の分布を観察できる.単一および多重すべり方向を有する試験片で,それぞれ固執すべり帯のはしご状転位構造,ラビリンス転位構造が確認でき,非破壊的な転位構造観察にECCI法が非常に適していることを示すことができた.次にシミュレーションを利用した研究では,転位線を刃状転位およびらせん転位成分のセグメントに離散化して,それらの運動を追跡することで,塑性変形した結晶内の転位構造や結晶の強化機構を検討した.個々の転位セグメントが発生する応力場はDe-Witの式で計算し,内部応力および外部応力から転位セグメントが受ける力はPeach-Keohlerの式を用いて計算した.また,転位に作用する力には線張力および交差すべり応力を考慮した.まず,二次元平面内を移動する転位運動を検討し,Frank-Read源の臨界応力に及ぼす支柱転位間隔の影響,ひずみ硬化に及ぼす分散粒子の密度を調査し,いずれも初期条件によって挙動が大きく異なることを示した.また,交差すべりを考慮した三次元転位運動シミュレーションでは,分散粒子近傍や粒界近傍での交差すべり挙動が転位の拡張幅に依存することを再現し,このようなシミュレーション手法がメゾ領域の力学的特性の評価に有用であることを示した.