超微細粒金属の機械特性に対する粒内転位生成と粒界におけるすべり伝播の影響

Influence of competition between intragranular dislocation nucleation and intergranular slip transfer on mechanical properties of ultrafine-grained metals

都留 智仁   ; 青柳 吉輝*; 加治 芳行  ; 下川 智嗣*

Tsuru, Tomohito; Aoyagi, Yoshiteru*; Kaji, Yoshiyuki; Shimokawa, Tomotsugu*

超微細粒金属の粒内および粒界における塑性変形と力学特性の関係を明らかにするため、転位源としてのFrank-Read源を含んだアルミニウム薄板多結晶モデルを用いた大規模原子シミュレーションを行った。粒界の流動応力に与える影響を明確にするため、原子モデルとして結晶学的にすべり伝播が容易な粒界と困難な粒界を生じるような二つの異なる多結晶モデルを検討した。粗大粒材料と同様に、いずれのモデルにおいても、最初の塑性変形は粒内に存在する転位源の運動によって開始する一方、初期の降伏以降の塑性変形は粒界における転位の通過によるすべり伝播の抵抗に大きく影響されることが示された。粒内の転位源の運動とすべり伝播に必要な臨界応力の間の大小関係が材料強度に与える影響について検討し、超微細粒金属の強度の結晶粒径と転位源長さに関連した局所的な欠陥構造に依存性を定量的に示した。本論文は、"Materials Transactions, 54(9), p.1580-1586 (2013)"の邦文誌として掲載されたものである。

Huge-scale atomistic simulations of shear deformation tests to the aluminum polycrystalline thin film containing the Frank-Read source are performed to elucidate the relationship between the inter- and intragranular plastic deformation processes and the mechanical properties of ultrafine-grained metals. While the first plastic deformation occurs by the dislocation bow-out motion within the grain region for both models, the subsequent plastic deformation is strongly influenced by the resistance of the slip transfer by dislocation transmission through grain boundaries. The influence of the competition between the intragranular dislocation nucleation and intergranular slip transfer on the material strength is considered.