分子動力学法によるFe-Cu合金中のCu析出物の相構造

Phase structures of Cu precipitate in Fe-Cu alloy studied by molecular dynamics simulation

阿部 陽介; 實川 資朗

Abe, Yosuke; Jitsukawa, Shiro

熱時効や照射により、Fe-Cu合金においてCu析出物が成長するとともにその相がbcc-9R-3R-fccと変化することが観察されている。この非コヒーレントなCu析出物は脆化に関連するものと考えられるため、相変化過程や相構造の理解が重要である。本研究では、徐冷法と分子動力学(MD)法によりFe-Cu合金における相変化に対するCu析出物のサイズ依存性,原子空孔濃度、及びその相構造を調べ、実験結果との整合性を調べた。過去の研究では、析出物サイズが9nmでもbcc-9R変化は再現されていなかったが、本研究では徐冷法により安定配位を得ることにより、析出物サイズが5-6nmで9R構造への変化傾向を初めて再現した。また、析出物中の空孔濃度が5at.%の場合では、4-5nmからbcc-9R変化が確認された。これは、熱時効により約4nmでbcc-9R変化が起こること、さらに照射中では原子空孔の影響により、より小さいサイズから相変化が起こるという実験結果とよく一致し、本研究における計算手法が実験データと非常に良い整合性を持つことを明らかにした。

During ageing, Cu precipitates were observed initially coherent and on further growth they begin to transform by the sequence of bcc-9R-3R-fcc. Since structures of Cu precipitates are considered to be relevant to embrittlement, it is important to understand the mechanisms and conditions of precipitate transformation. In this work we investigate the dependency of the size of Cu precipitate and vacancy concentration on the structures of the precipitate by using the combination of the simulated annealing and molecular dynamics method. We firstly demonstrated that the phase transformation to 9R takes place in diameter of 5-6 nm for pure-Cu precipitate. Moreover, for the precipitate with a vacancy concentration 5at.%, the phase transformation can occur even in 4-5 nm assisted by the diffusional contribution of vacancies and nucleation of fcc embryos by them. This precipitate size that the phase transformation starts to occur is in good agreement with the experimentally observed one.