パーライトにおける内部応力の動的緩和と結晶方位関係の選択

Dynamic accommodation of internal stress and selection of crystallographic orientation relationship in pearlite

雨宮 雄太郎*; 中田 伸生*; 諸岡 聡  ; 小坂 誠*; 加藤 雅治*

Amemiya, Yutaro*; Nakada, Nobuo*; Morooka, Satoshi; Kosaka, Makoto*; Kato, Masaharu*

パーライト変態中の応力緩和機構をより深く理解するために、電子線後方散乱回折法(EBSD)を用いて、セメンタイトの格子定数比を局所分析した。その結果、ラメラ状態のセメンタイトの格子定数比は球状態のセメンタイト粒子と大きく異なることを発見した。これは、パーライト組織がラメラ構造を維持する限り、ある程度の内部応力を保持することを実証した結果である。さらに、パーライト組織中の内部応力は、923Kの等温保持により、鉄原子の界面原子拡散が生じ、徐々に減少することを発見した。しかしながら、マイクロメカニクスを用いたPitsch-Petchの方位関係を満足させたフェライトとセメンタイトを仮定した内部応力の理論計算では、ミスフィット転位や構造レッジの導入により、パーライト変態中に多くの内部応力が緩和するという結果が得られている。つまり、パーライト組織の持つ内部応力は2つの異なるプロセスによって、動的緩和が進行すると考えられる。すなわち、それは、ナノ組織の形成による緩和と、時間に依存した焼鈍による緩和である。また、EBSD分析と中性子回折により測定したセメンタイトの格子定数は、異なる値を示した。これは、パーライトの階層組織に起因した局所情報とバルク平均情報の差異であると考えられる。

For deeper understanding of a dynamic accommodation mechanism of internal stress in pearlite originated from the lattice misfit between ferrite and cementite phases, the lattice parameter ratios of cementite were locally analyzed in detail by using the electron backscatter diffraction (EBSD) technique. The EBSD analysis has revealed that lattice parameter ratios of cementite lamellae obviously differ from those of spheroidized cementite particles, which demonstrates that pearlite has a certain amount of internal stress as long as it maintains lamellar structure. The internal stress in pearlite gradually decreased during isothermal holding at 923 K after pearlitic transformation due to interfacial atomic diffusion of iron atoms. However, comparing with theoretical values under Pitsch-Petch orientation relationship, it was understood that large amount of internal stress had been already accommodated upon pearlitic transformation by introduction of misfit dislocations and structural ledges on ferrite/cementite lamellar interfaces. That is, the internal stress of pearlite is dynamically reduced by two different processes; built-in accommodation upon pearlitic transformation and additional time-dependent relaxation after pearlitic transformation. On the other hand, EBSD analysis and neutron diffraction technique gave remarkably different lattice parameters of cementite. From this result, it is concluded that various crystallographic orientation relationships between ferrite and cementite coexist in pearlite. Furthermore, elastic strain energy analysis suggests that the invariant-line criterion on ferrite/cementite interface plays an important role for the selection of orientation relationships in pearlite.