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分子動力学法によるBCC鉄の延性-脆性遷移シミュレーション

Molecular dynamics simulation on the brittle-ductile transition of BCC iron

蕪木 英雄

Kaburaki, Hideo

鉄等のBCC結晶構造を持つ金属の破壊現象においては、温度やひずみ速度の変化により延性から脆性破壊に遷移することが知られている。この延性-脆性遷移の原因を明らかにするために、実験,理論,数値シミュレーションによる解析が行われてきたが、き裂,転位等の振舞いをマクロからミクロに至る広範囲のマルチスケール的観点から追跡する必要があり、未だ根本的な理解が得られているとは言い難い。ここでは純鉄の延性-脆性遷移のメカニズムを原子のレベルから探るため分子動力学法を用い、粒界を導入し、温度,ひずみ速度等の幅広いパラメータ領域で数値シミュレーションを実施した。この結果、分子動力学法で設定するひずみ速度が大きいため、実験に比較して遷移温度が高温側へ移動していることを見いだした。

Many single crystal metals, such as BCC iron, intrinsically exhibit brittle-to-ductile transition (BDT) as a function of temperature and strain rate. These materials are generally brittle at low temperatures or high strain rates, and become ductile as the temperature rises or the strain rate decreases. Although there have been many experimental studies on BDT, its mechanism is not clearly identified. We employed the atomistic method, molecular dynamics method, to clarify the mechanism of BDT for BCC iron. We studied the pure iron system containing one grain boundary to realize the BDT. We have found that the BDT temperature is shifted to the higher temperature region, compared to experiment, due to the high strain rate used in the molecular dynamics method.

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