DFT-based predictions of the effect of solutes on dislocation motion in bcc and hcp alloys

BCCとHCP合金における合金元素の転位運動への影響に関するDFT計算による予測

都留 智仁   ; 鈴土 知明   ; 板倉 充洋  ; 山口 正剛   ; 譯田 真人*; 尾方 成信*; Chrzan, D.*

Tsuru, Tomohito; Suzudo, Tomoaki; Itakura, Mitsuhiro; Yamaguchi, Masatake; Wakeda, Masato*; Ogata, Shigenobu*; Chrzan, D.*

BCCとHCP金属内の合金元素は軟化現象などの塑性変形のモードの変化に大きく影響する。本研究では、様々な結晶系に対する転位モデルの第一原理計算と固溶強化機構の理論モデルを組み合わせて合金元素の影響をユニバーサルに評価した。BCC金属では、転位運動はキンク機構に基づく熱活性化過程であるため、合金元素が活性化エネルギーに与える影響を直接計算することで、温度に依存した力学特性を評価した。また、HCP金属では、転位が存在する面を合金元素が変化させることで、すべり系が変化することを明らかにした。

Solutes in bcc and hcp metals induce more unique effects on softening and dramatic change in plastic deformation. In the present study, the sequence of first-principles calculations of dislocation models for various crystallographic structures were implemented. For bcc metals, solid-solution model was established based on the thermally-activated process of kink pair nucleation and kink migration related to Orowan's relation. For hcp metals, while the Burgers vector of the primary slip system in hcp metals is generally dislocation, the slip plane differs depending on the material types, which mainly belongs to basal and prismatic plane according to the its stacking fault energy. Solute atoms have a large variety of the influence on dislocation motion resulting in dramatic change in plastic deformation.