粒界凝集エネルギーの第一原理計算; bcc Fe3(111)粒界における溶質元素の偏析と脆化及び強化効果

First-principles calculations of the grain-boundary cohesive energy; Embrittling or strengthening effect of solute segregation in a bcc Fe3(111) grain boundary

山口 正剛   

Yamaguchi, Masatake

溶質元素の偏析による金属の粒界脆化のミクロなメカニズムは長年の間よくわかっていなかった。われわれは第一原理計算により、bcc鉄3(111)対称傾角粒界における粒界凝集エネルギーがイオウやリンによって低下すること、逆にホウ素や炭素によって上昇することを示した。その変化の大きさは、高純度鉄において測定された延性脆性遷移温度の変化と非常によく相関した。すなわち、粒界凝集エネルギーが粒界脆化のカギを握っていることが明らかになった。

The microscopic mechanism of the grain boundary embrittlement in metals by solute segregation has been not well understood for many years. From first-principles calculations, we show here that the calculated cohesive energy () of bcc iron 3(111) symmetrical tilt grain boundary is reduced by the segregation of sulfur (S) or phosphorous (P), while it is increased by the segregation of boron (B) or carbon (C). The rate of the decrease/increase in the was excellently proportional to the experimental ductile-to-brittle transition temparature (DBTT) shift with increasing segregation; this demonstrates that the grain boundary embrittlement is governed by the change in the 2.