Effect of solutes on dislocation motion in dilute hcp and bcc alloys

希薄HCPおよびBCC合金における転位運動への合金元素の影響

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

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

合金元素に関連した転位運動が積層欠陥エネルギーへの影響や古典的な強化則で表されるFCC金属と異なり、BCCやHCP金属における合金元素は温度や合金元素の濃度に依存して特異な変化を生じることが知られている。近年、第一原理計算に基づく原子モデルを用いた転位の解析が行われるようになり、詳細なメカニズムの解明が進んでいる。本研究では、BCC合金に対して、転位運動の基礎となるキンク形成とキンク運動の二つの熱活性化過程に対する合金元素の影響を第一原理計算を用いて詳細に評価し、ひずみ速度と負荷応力に関するオロワンの関係と組み合わせて、合金元素の力学特性への影響を予測した。また、HCP金属では、結晶構造の異方性によって塑性変形に異方性が生じるが、合金元素の添加によって転位芯構造の安定性が変化し、主すべり系が変化することで変形モードが変化することを明らかにした。

Unlike fcc metals, where dislocation motion associated with solutes is reproduced by the effect of solute on the stacking fault energy and conventional hardening law, solutes in bcc and hcp metals induce more unique effects such as softening and dramatic change in plastic deformation. Recently, modeling of dislocations based on first-principles calculations was developed, and the modeling for various crystallographic structure were systemized. Especially for BCC metals, solid-solution model was established based on the thermally-activated process of double-kink nucleation and kink migration related to Orowan's relation. While the Burgers vector of the primary slip system in HCP metals is generally dislocation, the slip plane differs depending on the material, 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.