Fe-Cr合金の熱時効硬化に関するモデリング研究

Modeling study of hardening in thermally-aged Fe-Cr alloys

鈴土 知明   ; 永井 康介*; 外山 健*; 高見澤 悠 ; 西山 裕孝 ; Caro, A.*

Suzudo, Tomoaki; Nagai, Yasuyoshi*; Toyama, Takeshi*; Takamizawa, Hisashi; Nishiyama, Yutaka; Caro, A.*

Fe-Cr二元合金の相分離により硬化はいわゆる475度脆性の直接の原因と考えられている。本研究では、スピノーダル分解による硬化現象のモデルを作るため一連の原子論的シミュレーションと参照実験を行った。その結果、シミュレーションによって予測された硬さは短距離秩序パラメータと線形関係にあることが分かった。また、その線形関係は熱時効温度に依存しないことが分かった。ちなみに、これまで硬さと関係が議論されてきたVパラメータと硬さの関係は熱時効温度依存であることも分かった。その結果、短距離秩序パラメータはこの硬化現象を監視するために有効なパラメータであり、それによって材料の寿命予測にも応用できると考えられる。

It is widely known that iron-chromium (Fe-Cr) binary alloys undergo spinodal decomposition when they are thermally aged because of miscibility gap, and that this microstructural evolution causes hardening and loss of ductility; this is a direct cause of so-called 475C embrittlement. In the present study, we computationally simulated the spinodal decomposition using a Monte Carlo (MC) method and evaluated the increase in hardness through the examination of the interaction between an edge dislocation and Cr-rich phases by exploiting molecular dynamics methodology. We also conduct a series of reference experiments to verify the established model of this hardening phenomenon. The result indicates that the short-range order parameter is a universal parameter to describe the hardening and that it is a better index than the well-known variation parameter. We consider that the short-range order parameter can be applied to the prediction of materials' lifetime.