Cleavage and dislocation emissions in BCC iron; A Molecular dynamics study

BCC鉄のへき開と転位の射出; 分子動力学法による研究

鈴土 知明   ; 海老原 健一   ; 都留 智仁   

Suzudo, Tomoaki; Ebihara, Kenichi; Tsuru, Tomohito

BCC金属と合金は構造材料として広く使用されているが、低温では脆化しやすい。しかしながら、その脆性破壊のメカニズムは完全には理解されていない。本研究では、BCC鉄のへき開破壊の3次元分子動力学シミュレーションを行った。本研究では特に、湾曲したクラックフロントを有するいわゆるペニー型のクラックから始まるモードI変形に焦点を当てた。シミュレーションの結果、{100}面のへき開では脆性破壊が観察されたが、他の面では転位の射出によりき裂が鈍化した。この結果は一般的な実験的観察、すなわちBCC遷移金属では{100}面において優先的にへき開が観察されるという結果に一致した。

Although body-centered-cubic (bcc) metals and alloys are ubiquitous as structural materials, they are brittle, particularly at low temperatures; however, the mechanism of their brittle fracture is not fully understood. In this study, we conduct a series of three-dimensional molecular dynamics simulations of cleavage fracture of -iron. In particular, we focus on mode-I loading starting from curved crack fronts or so-called penny-shaped cracks. In the simulations, brittle fractures are observed at cleavages on the {100} plane, while the initial cracks become blunted on other planes as a result of dislocation emissions. Our modeling results agreed with a common experimental observation, that is, {100} is the preferential cleavage plane in bcc transition metals.