Realization of reversible plasticity in metals by mechanical control of self-organized dislocation structure

R4年度の研究実績は、以下のように纏めることができる。繰り返し変形中のマイクロサイズの材料中に形成される疲労転位構造を数値計算することを目的として、疲労現象の代表的な反応拡散系であるWalgreaf-Aifantis（WA）モデルに着目することとしたが、そのモデルに実現象との矛盾点があることを指摘し、改良を行った。一次元解析モデルを用いて検証を行った後、二次元解析モデルに拡張して、物理的解釈を考慮に入れながら拡散定数の異方性を調整することで、マクロ材の特徴的な疲労転位構造であるvein、channelおよびladder-like structure等の再現に成功した。さらに、材料の自由表面における境界条件を検討し、マイクロ材料中の疲労転位構造のシミュレーションに成功した。実験では、ニッケル単結晶を用意し、単一すべり方位を有するマイクロサイズの試験片を作製した。試験片は、寸法を異なるものを用意し、更にその内部の転位が繰り返し数の増加によってどのような変化を起こすかを特定するために、複数の試験片を用意した。この複数の試験片に対して繰り返し数の異なる疲労試験を実施し、薄片化を行って内部観察することで、転位構造の発展の様子を明らかにした。試験片表面から約１μｍの領域では、表面からの影響を強く受け、マクロ材で形成されるveinが形成されないことを明らかにした。さらに、転位密度が低い領域では、すべり方向と平行な転位線とバーガースベクトルを有するらせん転位が多数存在することを確認した。このらせん転位は、「可逆的な塑性変形」を実現するために重要な要素であり、申請当初に予測していたものと同じ結果となった。寸法の異なるマイクロ試験片においては、同じ応力振幅であっても寸法の小さい試験片の方がより巨大な塑性ひずみ振幅を生じていることを明らかにした。

R4年度の研究実績は、以下のように纏めることができる。繰り返し変形中のマイクロサイズの材料中に形成される疲労転位構造を数値計算することを目的として、疲労現象の代表的な反応拡散系であるWalgreaf-Aifantis（WA）モデルに着目することとしたが、そのモデルに実現象との矛盾点があることを指摘し、改良を行った。一次元解析モデルを用いて検証を行った後、二次元解析モデルに拡張して、物理的解釈を考慮に入れながら拡散定数の異方性を調整することで、マクロ材の特徴的な疲労転位構造であるvein、channelおよびladder-like structure等の再現に成功した。さらに、材料の自由表面における境界条件を検討し、マイクロ材料中の疲労転位構造のシミュレーションに成功した。実験では、ニッケル単結晶を用意し、単一すべり方位を有するマイクロサイズの試験片を作製した。試験片は、寸法を異なるものを用意し、更にその内部の転位が繰り返し数の増加によってどのような変化を起こすかを特定するために、複数の試験片を用意した。この複数の試験片に対して繰り返し数の異なる疲労試験を実施し、薄片化を行って内部観察することで、転位構造の発展の様子を明らかにした。試験片表面から約１μｍの領域では、表面からの影響を強く受け、マクロ材で形成されるveinが形成されないことを明らかにした。さらに、転位密度が低い領域では、すべり方向と平行な転位線とバーガースベクトルを有するらせん転位が多数存在することを確認した。このらせん転位は、「可逆的な塑性変形」を実現するために重要な要素であり、申請当初に予測していたものと同じ結果となった。寸法の異なるマイクロ試験片においては、同じ応力振幅であっても寸法の小さい試験片の方がより巨大な塑性ひずみ振幅を生じていることを明らかにした。