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Mechanism of hardening and damage initiation in oxygen embrittlement of body-centred-cubic niobium

BCCニオブの酸素脆化における硬化と損傷の機構

Yang, P.-J.*; Li, Q.-J.*; 都留 智仁; 尾方 成信*; Zhang, J.-W.*; Sheng, H.-W.*; Shan, Z.-W.*; Sha, G.*; Han, W.-Z.*; Li, J.*; Ma, E.*

Yang, P.-J.*; Li, Q.-J.*; Tsuru, Tomohito; Ogata, Shigenobu*; Zhang, J.-W.*; Sheng, H.-W.*; Shan, Z.-W.*; Sha, G.*; Han, W.-Z.*; Li, J.*; Ma, E.*

ニオブなどの体心立方構造をもつ金属材料は低濃度の酸素固溶によって脆化しやすいことが知られているが、酸素誘起の硬化や損傷の機構は明らかになっていない。我々は、実験、および第一原理計算と分子動力学計算を用いて詳細な機構を検討した。その結果、酸素の格子間原子はらせん転位と引力相互作用を生じ、それによって転位運動でクロスキンクが生成され、同時に多くの空孔が生成されることを明らかにした。これらの空孔はさらに酸素と転位の三体間の硬化によって転位の運動を阻害することで、著しい硬化を生じることを明らかにした。

Body-centred-cubic metallic materials, such as niobium (Nb) and other refractory metals, are prone to embrittlement due to low levels of oxygen solutes. The mechanisms responsible for the oxygen-induced rampant hardening and damage are unclear. Here we illustrate that screw dislocations moving through a random repulsive force field imposed by impurity oxygen interstitials readily form cross-kinks and emit excess vacancies in Nb. The vacancies bind strongly with oxygen and screw dislocation in a three-body fashion, rendering dislocation motion difficult and hence pronounced dislocation storage and hardening. This leads to unusually high strain hardening rates and fast breeding of nano-cavities that underlie damage and failure.

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パーセンタイル:7.11

分野:Materials Science, Multidisciplinary

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