First-principles study on effects of alloying elements on deformation and fracture

合金元素の変形と破壊への影響に関する第一原理計算

都留 智仁   ; 染川 英俊*; 山口 正剛   ; 板倉 充洋  ; Daryl, C.*

Tsuru, Tomohito; Somekawa, Hidetoshi*; Yamaguchi, Masatake; Itakura, Mitsuhiro; Daryl, C.*

MgやTiなどの六方晶合金は軽量や比強度の観点から様々な構造部材への適用が期待されているが、六方晶構造からくる塑性異方性のため破断伸びが著しく小さいことが知られている。近年、希土類元素などの合金化によって変形特性が大きく向上することが報告されているがその要因は明らかになっていない。そこで、我々は、構造材料として用いられるいくつかの六方晶金属の転位芯構造を第一原理計算によって正確に求め、転位運動について検討を行った。その結果、合金元素と転位芯の相互作用が変形挙動に大きな影響を与えることを示した。さらに、双晶境界における合金元素の影響を評価し、界面強化をもたらす元素について検討を行った。

We investigated the dislocation core structure of some typical HCP metals and the effects of solute atoms on dislocation core structure and motion in Mg especially. An initial atomic configuration is constructed by solving for the displacement field of the dislocation dipole within a periodic continuum linear elasticity theory. DFT calculations were carried out to explore the stable dislocation core structure. Introduction of a substitutional/interstitial solute atom changes the electronic structure near the solute. If these changes occur in the same energy range associated with the changes in the electronic structure of the dislocation during motion, strong chemical hybridization can occur between the solute atom states and those states associated with dislocation motion. DFT calculations also give some information about the tendency of twin boundary cohesion/decohesion due to the solutes.