転位パターニングに基づく結晶粒超微細化に関するマルチスケール結晶塑性シミュレーション

A Multiscale crystal plasticity simulation on ultrafine-graining based on dislocation patterning

青柳 吉輝; 小林 遼太郎*; 志澤 一之*

Aoyagi, Yoshiteru; Kobayashi, Ryotaro*; Shizawa, Kazuyuki*

転位セル構造の形成及びセルサイズ減少を再現する反応-拡散方程式を導出し、すべり速度及び応力といった変形場の情報を考慮した反応速度係数モデル及びセル構造形成に関する転位の相互作用を考慮した反応速度係数モデルを提案した。また、反応-拡散方程式から得られる転位密度情報を結晶塑性論における結晶の硬化則に導入することによって転位パターニングを考慮した転位-結晶塑性モデルを構築した。本モデルを用いてFEM-FDM連成解析を行い、転位パターニングに基づく結晶粒微細化の初期プロセスを再現し、転位組織が超微細粒の形成に及ぼす影響について検討した。

Ultrafine-grained metals whose grain size is less than one micron have attracted interest as high strength materials. However, a mechanism of ultrafine-graining based on evolution of dislocation structures has not been clarified. In this study, we derive reaction-diffusion equations for dislocation patterning of dislocation cell structures and subgrains. In order to express the generation of dislocation pattern responding to deformation progress, information of slip rate and stress and effect of interactions between slip systems on formation of cell structures are introduced into the reaction rate coefficients of reaction-diffusion equations. Moreover, we propose a multiscale crystal plasticity model based on dislocation patterning. Then we carry out two-dimensional FE-FD simulation for severe compression of FCC polycrystal using the present model. Some processes of ultrafine-graining, i.e., generation of dislocation cell structures, subgrains, dense dislocation walls and lamella subdivisions with high angle boundary is numerically reproduced, and we investigate the effect of dislocation behaviors on the processes of ultrafine-graining.