Dislocation nucleation and interaction under nanoindentation in single crystalline Al and Cu; Molecular dynamics simulations

単結晶アルミニウムと銅におけるナノインデンテーション下の転位の生成と相互作用

都留 智仁   ; 渋谷 陽二*

Tsuru, Tomohito; Shibutani, Yoji*

結晶材料に対する押込みによる荷重-変位関係において、変位が急激に増大する変位バーストが報告されている。転位の集団的射出がこの現象の要因であると予測されており、本研究では分子動力学法を用いて単結晶アルミニウムと銅に対する押込みを行い、押込み下のナノ塑性現象に関する検討を行った。その結果、圧子下には非常に大きな圧縮応力場が生成され、それによって転位生成の臨界せん断応力は大きく上昇することを示した。また、押込み下では多重すべりを生じやすい応力状態が生成され、射出された転位は異なるすべり面上の部分転位とエネルギー的に不安定な相互作用を生じることを示した。

Unstable displacement burst or the abrupt growth of indent displacement after homogeneous elastic deformation observed in crystalline materials is a unique plastic deformation characteristic (nanoplasticity). In the present paper, a series of atomistic simulations of nanoindentation in single crystalline aluminum and copper are performed in analyzing the critical state for dislocation nucleation and interaction between dislocations beneath the indenter. With reference to the Hertzian solution based on isotropic linear elastic theory, both the anisotropic effect and nonlinear behavior of nanoindentation are discussed in detail. The discovery was made that the incipient yield process is strongly related to the triaxial stress state created beneath the indenter, and that energetically unfavorable interactions accompanied with cross slip induce the formation of prismatic dislocations.