Atomistic modeling of hardening in spinodally-decomposed Fe-Cr binary alloys

スピノーダル分解したFe-Cr2元合金の硬化現象の原子論的モデリング

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

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

熱時効したFe-Cr合金はスピノーダル分解によって硬化を引き起こし、これはいわゆる475C脆性の直接的な原因である。スピノーダル分解が原子的相互作用によってどのように硬化を引き起こすのかを示すため、数値シミュレーションと実験を実施した。数値的な結果では、硬さが短距離秩序(SRO)パラメーターと比例することを示され、実験でもこの関係を統計誤差内で再現した。どちらの結果も、隣接するCr-Cr原子ペアが本質的に硬化を引き起こすことを示唆した。なぜなら、SROがそのようなペアの出現確率に一意的に依存しているからである。硬化の主な原因がそのようなCr-Crペア付近を通過する転位のピン止め効果であることが示唆されたが、このアイデアはさらなるモデリング研究により裏付けられた。

Spinodal decomposition in thermally aged Fe-Cr alloys leads to significant hardening, which is the direct cause of the so-called 475C-embrittlement. To illustrate how spinodal decomposition induces hardening by atomistic interactions, we conducted a series of numerical simulations as well as reference experiments. The numerical results indicated that the hardness scales linearly with the short-range order (SRO) parameter, while the experimental result reproduced this relationship within statistical error. Both seemingly suggest that neighboring Cr-Cr atomic pairs essentially cause hardening, because SRO is by definition uniquely dependent on the appearance probability of such pairs. A further numerical investigation supported this notion, as it suggests that the dominant cause of hardening is the pinning effect of dislocations passing over such Cr-Cr pairs.