超微細粒焼鈍材に発現する特異な力学的特性に関する転位-結晶塑性シミュレーション

A Dislocation-crystal plasticity simulation on peculiar mechanical properties of annealed ultrafine-grained metal

青柳 吉輝; 志澤 一之*

Aoyagi, Yoshiteru; Shizawa, Kazuyuki*

強ひずみ温間・冷間圧延などによって創製される超微細粒金属は、卓越した強度を有する構造材料として注目が集まっており、計算力学を援用してその力学的評価方法を開発することが材料組織制御や圧延加工の分野で期待されている。本研究では、転位密度が極めて低い結晶粒が超微細粒焼鈍材に存在することを考慮し、これらの粒では塑性変形の素因となる転位源の枯渇から流れ応力が変形の初期段階で一時的に増加することを表現できる新たな臨界分解せん断応力モデルを提案した。また、本モデルを幾何学的に必要な結晶欠陥及び均質化法に基づくトリプルスケール結晶塑性モデルに導入し、FCC超微細粒焼鈍材に発現する降伏点降下現象及びリューダース帯の伝ぱを数値解析的に再現した。さらに、試験片レベルでの巨視的降伏と結晶粒レベルでの微視的降伏の関係並びに粒径に依存した結晶粒の降伏挙動の違いについて検討し、超微細粒焼鈍材においても、0.2%耐力を巨視的な降伏点とみなすのは妥当であるという知見を得た。

Ultrafine-grained metal (UFGM) expresses remarkably peculiar behavior both in material and mechanical aspects, and a computational model predicting the particular behavior of UFGM is expected in the field of materials science and engineering. In this study, we propose a new critical resolved shear stress model. The increase of flow stress at the first stage of deformation due to extremely low dislocation density in an annealed ultrafine-grain, i.e., the exhaustion of dislocation sources, is expressed by the above model. Yield point drop and propagation of Lders bands observed in annealed FCC-UFGM are numerically reproduced by the triple-scale crystal plasticity simulation based on the above model, geometrically necessary crystal defects and the homogenization method. Moreover, the relationship between macroscopic yielding of specimen and microscopic grain yielding is investigated so as to clarify the initial yield behavior of UFGM from a microscopic viewpoint.