Emergence of crack tip plasticity in semi-brittle -Fe

半脆性-Feにおけるき裂先端塑性の発現

鈴土 知明   ; 海老原 健一   ; 都留 智仁   ; 森 英喜*

Suzudo, Tomoaki; Ebihara, Kenichi; Tsuru, Tomohito; Mori, Hideki*

体心立方(bcc)金属および合金では延性脆性遷移温度以下において脆性的破壊が起きる。この事象は、脆性破壊を起こすき裂先端の臨界応力拡大係数が塑性変形を起こす臨界応力拡大係数よりも小さく塑性変形よりも脆性破壊が優先的に選択されるという考え方によって理論的に説明されている。この考え方は巨視的には正しいが、このような脆性破壊は常にき裂先端近傍での小規模な塑性変形、すなわちき裂先端塑性変形を伴う。この論文では、最近開発された-Feの機械学習原子間ポテンシャルを用いて原子論的モデリングを行い、この塑性の発現メカニズムを解析した。その結果、高速なき裂進展によってき裂先端位置の原子群が動的に活性化され、それがき裂先端塑性の前駆体になっていることが判明した。

Fracture of body centred cubic (bcc) metals and alloys below the ductile-to-brittle transition temperature is brittle. This is theoretically explained by the notion that the critical stress intensity factor of a given crack front for brittle fracture is smaller than that for plasticdeformation; hence, brittle fracture is chosen over plastic deformation. Although this view is true from a macroscopic point of view, such brittle fracture is always accompanied by small-scale plastic deformation in the vicinity of the crack tip, i.e. crack tip plasticity. This short paper investigates the origin of this plasticity using atomistic modeling with a recently developed machine-learning interatomic potential of -Fe. The computational results identified the precursor of crack tip plasticity, i.e. the group of activated atoms dynamically nucleated by fast crack propagation.