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Bendo, A.*; 松田 健二*; Lee, S.*; 西村 克彦*; 戸田 裕之*; 清水 一行*; 都留 智仁; 山口 正剛
Materialia, 3, p.50 - 56, 2018/11
Microstructure evolution of alloy with composition Al-3.4Zn-1.9 Mg (at. %) was tracked using high resolution imaging and electron diffraction during ageing at 120 C after being initially natural aged for 4 days. Hydrogen was charged in microstructure by cutting samples in Electrical Discharge Machine immediately after being quenched from solid solution temperature. Transmission Electron Microscope observations revealed a higher presence of high aspect ratio GPII-zones in microstructure of hydrogen charged and aged samples. Correlation was made with previously reported hydrogen effect into vacancy formation.
Wang, B.*; He, H.*; Naeem, M.*; Lan, S.*; Harjo, S.; 川崎 卓郎; Nie, Y.*; Wang, X.-L.*; 他7名*
Scripta Materialia, 155, p.54 - 57, 2018/10
被引用回数：5 パーセンタイル：15.24(Nanoscience & Nanotechnology)The deformation behavior of an equi-atomic face-centered-cubic CoCrFeNi high entropy alloy was investigated by in-situ neutron diffraction under tensile loading up to 40% applied strain. A three-stage deformation behavior was fully captured by lattice strain and texture evolution. In spite of the chemical complexity, the deformation in CoCrFeNi is dominated by dislocation activities. Analysis of diffraction and microscopy data shows that the deformation progresses from dislocation slip to severe entanglement, where a sharp increase in dislocation density was observed. The neutron diffraction data, corroborated by transmission electron microscopy analysis, provided microscopic insights of the previously reported three-stage hardening behavior.
都留 智仁; 染川 英俊*; Chrzan, D. C.*
Acta Materialia, 151, p.78 - 86, 2018/06
被引用回数：6 パーセンタイル：7.67(Materials Science, Multidisciplinary)溶質元素による金属の破壊現象を理解するため、Mg合金に対して実験と破壊力学理論と第一原理計算の連携による検討を行った。Mg二元系合金の破壊を極めて脆性的であると仮定し、粒界や双晶境界の破壊をエネルギーベースの基準で評価することによって第一原理計算を有効に適用することを可能にした。また、化学結合が破壊に寄与する影響を詳細に検討し、IIIBやIVB族元素が破壊抵抗を向上する効果を有することを体系的に明らかにした。これまでに知られていない元素であるZrが破壊靱性を向上させるという実験結果とよく一致しており、計算科学を用いた元素戦略による材料設計が有効であることを示した。
染川 英俊*; 都留 智仁; Singh, A.*; 三浦 誠司*; Schuh, C. A.*
Acta Materialia, 139, p.21 - 29, 2017/10
被引用回数：6 パーセンタイル：32.09(Materials Science, Multidisciplinary)ナノインデンテーションにおけるポップイン挙動は転位の活動によって生じるため、結晶方位に強く影響する。我々はマグネシウムに対するナノインデンテーションに対する実験と分子動力学計算によって方位の影響を詳細に検討した。実験によるインデンテーションから、底面の押込みにおけるポップイン荷重とそれに付随した変位は柱面への押込みより大きくなることがわかり、原子シミュレーションによる荷重-変位関係からも同様の結果が得られた。これらの方位による違いは、押込みによって生成される転位のタイプによって特徴づけられ、柱面のポップインは押込み軸に垂直な底面すべりによって生じる一方、底面では押込み方向の変位を生成しない底面すべりだけでなく錐面上に転位が生成されるためであることがわかった。
譯田 真人*; 都留 智仁; 香山 正憲*; 尾崎 泰助*; 澤田 英明*; 板倉 充洋; 尾方 成信*
Acta Materialia, 131, p.445 - 456, 2017/06
被引用回数：4 パーセンタイル：39.18(Materials Science, Multidisciplinary)多くの合金元素が転位芯と強い相互作用を示す一方、SiやPやCuなどのいくつかの元素では転位のパイエルスポテンシャルを低下させる。本研究では第一原理計算を用いて、"Easy-core"転位構造とそれらの合金元素が積層欠陥エネルギー表面の変化と強く相関があることを示した。さらに、相互作用エネルギーを用いて希薄合金の臨界分解せん断応力を推定し、実験とよく一致することを示した。
neutron diffraction友田 陽*; Gong, W.*; Harjo, S.; 篠崎 智也*
Scripta Materialia, 133, p.79 - 82, 2017/05
被引用回数：6 パーセンタイル：32.09(Nanoscience & Nanotechnology)The microstructure evolution during reverse transformation of a Cr-Ni-Mo steel consisting of tempered lath martensite and Cr carbide was examined using neutron diffraction at high temperatures. The microstructural change from a reversed coarse-grained structure to a fine-grained polygonal structure by further annealing was monitored through a decrease in the diffraction intensity caused by primary extinction and the full width at half maximum. This result is different from that for a bainite steel, showing good coincidence with the observations using electron back scatter diffraction.
染川 英俊*; 都留 智仁
Scripta Materialia, 130, p.114 - 118, 2017/03
被引用回数：5 パーセンタイル：32.09(Nanoscience & Nanotechnology)マグネシウムのき裂進展挙動に対する合金元素の影響と{10
2}型の双晶境界における原子レベルの挙動について、実験と計算によって検討した。その結果、実験から合金元素が明確にき裂進展挙動に影響することがわかった。計算によって、閉殻な軌道を銀や亜鉛などの合金ではマグネシウムの双晶境界を強化する傾向があることがわかった。
松川 義孝*; 武内 伴照; 鹿窪 勇太*; 鈴土 知明; 渡辺 英雄*; 阿部 弘亨*; 外山 健*; 永井 康介*
Acta Materialia, 116, p.104 - 113, 2016/09
被引用回数：27 パーセンタイル：3.44(Materials Science, Multidisciplinary)673Kで等温時効したフェライト相中のG相(Ni
Si
Mn
)析出に関し、溶質原子クラスタが母材と結晶学的に区別可能となる成長段階を見出すため、アトムプローブトモグラフィ(APT)と透過電子顕微鏡法(TEM)を組み合わせた解析を行った。その結果、G相の形成は、まず自発的に溶質原子が集まって直径2.6nm程度の臨界サイズとなった後に、組成が変化し閾値にまで達するという複数の成長段階を経ることを明らかにした。また、電子回折パターンの計算機シミュレーション結果から、しきい値の組成はNiSi
(Fe,Cr)Mnと見積もられることが分かった。
長谷 貴之*; 太田垣 達也*; 山口 正剛; 池尾 直子*; 向井 敏司*
Acta Materialia, 104, p.283 - 294, 2016/02
被引用回数：13 パーセンタイル：15.42(Materials Science, Multidisciplinary)3種のMg合金(Mg、Mg-0.3 at.%Ca-0.6 at.%Zn、Mg-0.3 at.%Ca-0.6 at.%Al)に対して、衝撃3点曲げ試験による衝撃破壊靭性測定を行った。塑性変形能と衝撃破壊靭性は、純粋なMgと比べて合金の方が高くなった。第一原理計算から、一般化積層欠陥エネルギーと粒界凝集エネルギーをMg,Mg-Ca, Mg-Ca-Zn,Mg-Ca-Al系それぞれについて計算したところ、実験結果の傾向をよく説明する結果が得られた。計算と実験の比較から、ZnとAlをCaと同時に添加することで、塑性変形の異方性を低減し、かつ、粒界を強化することにより、高い衝撃破壊靭性が得られたと考えられる。
鈴土 知明; 永井 康介*; Schwen, D.*; Caro, A.*
Acta Materialia, 89, p.116 - 122, 2015/05
被引用回数：5 パーセンタイル：51.09(Materials Science, Multidisciplinary)モンテカルロ法および分子動力学法を用いて、Fe-Cr二元合金のスピノーダル分解を計算機で模擬し、相分離現象によって引き起こされる降服応力の上昇と原子配置の統計的パラメターの間の関係を解析した。その結果、我々は既に実験的に発見されている、硬さとvariationパラメター(V)の間の比例関係を再現することができた。また、このパラメターは硬化の経験的な指標として限界があることがわかった。すなわち、このパラメターは硬化に影響する近距離の原子配置を統計的にうまく表現できていないことがわかった。我々は近距離原子秩序パラメターがこの現象のより包括的な指標となりえると考える。
-phase and high-pressure 
-phase of pure group IV transition metals足立 望*; 戸高 義一*; 鈴木 裕士; 梅本 実*
Scripta Materialia, 98, p.1 - 4, 2015/03
被引用回数：8 パーセンタイル：36.1(Nanoscience & Nanotechnology)中性子回折法により第IV族遷移純金属の高圧相の変形集合組織を評価した。
0001
方位は高圧ねじり過程により導入されたせん断ひずみの増加によりせん断方向に徐々に揃う様子が確認された。変形集合組織は、相の主すべり系が{11-20}0001であることを示唆している。逆変態相に対する機械的に安定した相の方位関係を観察した結果、SilcockおよびRabinkinにより提案された方位関係と似ていることを確認した。
Gong, W.; 友田 陽*; Harjo, S.; Su, Y.; 相澤 一也
Acta Materialia, 85, p.243 - 249, 2015/02
被引用回数：45 パーセンタイル：1.72(Materials Science, Multidisciplinary)その場中性子回折法、走査型電子顕微鏡および電子線後方散乱回折法による 部分焼き入れ有り及び無しによって523Kと573K恒温保持中ベイナイト相変態挙動を比較した。マルテンサイトを導入することによりベイナイト変態速度が加速されることを見出した。レンズマルテンサイト晶に隣接して、結晶方位の近いベイナイトラスが生成している。マルテンサイト変態ひずみはオーステナイトの塑性変形によって応力緩和されるので、これによって導入された転位はベイナイト変態を促進し、強いバリアント選択則をもたらすことがわかった。
板倉 充洋; 蕪木 英雄; 山口 正剛; 沖田 泰良*
Acta Materialia, 61(18), p.6857 - 6867, 2013/10
被引用回数：37 パーセンタイル：5.72(Materials Science, Multidisciplinary)原子力材料は長年の中性子照射によって硬化する。これは金属材料が折れることなく曲がる塑性変形が、照射による材料変化によって阻害される現象であるが、これを解明するには塑性のメカニズムを原子スケールで明らかにする必要がある。それには塑性変形を担う転位線と呼ばれる格子欠陥の動きがどのように照射損傷により阻害されるを知る必要があり、これは実験で直接観察できないので大規模な量子計算が必要になる。本発表では量子計算によって初めてこの転位の移動阻害メカニズムを明らかにしたので報告する。大規模な計算が必要という課題の解決にあたっては、新たに考案した多階層計算手法を用い少ない原子数で多数の原子での計算に相当する精度を出すことを可能にしたことが上げられる。これによって転位の運動阻害プロセスを定量的にモデル化することが可能となり、照射硬化をシミュレーションで定量評価するための道が開けたと言える。
板倉 充洋; 蕪木 英雄; 山口 正剛
Acta Materialia, 60(9), p.3698 - 3710, 2012/05
被引用回数：44 パーセンタイル：4.64(Materials Science, Multidisciplinary)原子力材料は長年の中性子照射によって硬化する。この現象は金属材料の塑性変形が、照射による材料変化によって阻害されるため起こると考えられてきたが、これを解明するには塑性のメカニズムを原子スケールで明らかにする必要があり、塑性変形を担う転位線と呼ばれる格子欠陥がどのように材料内部を動くかを知るため、大規模な量子計算が必須となる。本発表では、量子計算により、初めてこの転位の移動エネルギーを高い精度で定量的に評価したことを報告する。従来ない大規模な計算を行うにあたり、計算体系を量子計算が必要な部分と線形弾性論で近似できる部分に分割することで、効率的計算手法を実現し、さらにこれまで計算されたことのなかった転位線の二次元的運動を初めて計算によって明らかにすることができた。今後は、この成果をもとに、転位の動きを定量的にモデル化することが可能となり、照射硬化をシミュレーションで定量評価するための道が拓けたと言える。
Al
Ni
Cu
bulk metallic glass containing ZrC particles by synchrotron X-ray diffraction鈴木 裕士; 才田 淳治*; 菖蒲 敬久; 勝山 仁哉; 加藤 秀実*; 今福 宗行*; 佐藤 成男*
Scripta Materialia, 66(10), p.801 - 804, 2012/05
被引用回数：5 パーセンタイル：54.08(Nanoscience & Nanotechnology)10vol.%ZrC粒子分散ZrAlNiCu四元系金属ガラスについて、圧縮変形させた試験片内部のZrC相及び金属ガラス相の残留ひずみを放射光X線により測定するとともに、有限要素解析によりZrC粒子周辺の局所的な塑性変形挙動を評価することによって、その圧縮変形メカニズムを評価した。その結果、変形初期においては、粒子周囲に局所的な塑性変形を生じるとともに、金属ガラス相が大きくひずみを負担するが、変形が進むと金属ガラス相が全体的に降伏して粒子が大きくひずみを負担、最終的には粒子が粒内破壊を生じて破断に至ることを明らかとした。
小島 真由美*; 井上 純哉*; 南部 将一*; 徐 平光; 秋田 貢一; 鈴木 裕士; 小関 敏彦*
Scripta Materialia, 66(3-4), p.139 - 142, 2012/02
被引用回数：25 パーセンタイル：13.48(Nanoscience & Nanotechnology)Stress partitioning in multilayered steels consisting of martensitic and austenitic layers was measured during tensile deformation by in situ neutron diffraction measurements to investigate the mechanism of improved strength-elongation combinations. The deformation mode can be classified into three stages, and the results indicated that the applied stress is effectively transferred to the martensitic phase, because no stress concentration sites exist, owing to the multilayered structure. Hence, even as-quenched martensite deformed uniformly, resulting in improved strength-elongation balance in multilayered steels.
宇田川 豊; 山口 正剛; 阿部 弘亨*; 関村 直人*; 更田 豊志
Acta Materialia, 58(11), p.3927 - 3938, 2010/06
被引用回数：57 パーセンタイル：4.36(Materials Science, Multidisciplinary)In order to elucidate the origin of the hydrogen-induced embrittlement of zirconium alloys, we here evaluate the surface energy (SE) and unstable stacking energy (USE) of Zr-H systems by making ab initio calculations. For solid solutions we found decrease in SE and USE with increased H/Zr ratio. For the hydride, we found 25% smaller SE and 200 to 300% larger USE than pure zirconium. This indicates that zirconium hydride is extremely brittle, due to the synergistic effect of small SE relative to pure zirconium, indicating easy generation of fractures on the surface, and large relative USE, indicating difficulty in dislocation motion. Furthermore, Rice's parameter D of ductility/brittleness becomes 1.1-1.5 in hydride, indicating that brittle fracture occurs more readily than iridium. These results seem enough to attribute hydrogen embrittlement of zirconium alloys substantially to the fundamentally brittle nature of the hydride itself.
都留 智仁; 渋谷 陽二*; 加治 芳行
Acta Materialia, 58(8), p.3096 - 3102, 2010/05
被引用回数：19 パーセンタイル：22.98(Materials Science, Multidisciplinary)結晶金属のナノスケールにおける初期塑性変形は転位の集団的運動によって生じる。この現象はナノ塑性として知られており、マクロな変形の素過程であると考えられているがその詳細は現在もわかっていない。本研究では、実験、及び原子・離散転位モデルによる解析を行いナノスケールの接触問題について包括的な研究を行った。その結果、接触問題では転位の生成が内部領域で理想強度より大きなせん断応力で生じることを示すとともに転位双極子がナノスケールの塑性変形を引き起こすことを示した。
大沼 正人*; 鈴木 淳市; 大塚 智史; Kim, S.-W.; 皆藤 威二; 井上 賢紀; 北澤 英明*
Acta Materialia, 57(18), p.5571 - 5581, 2009/10
被引用回数：82 パーセンタイル：2.24(Materials Science, Multidisciplinary)The size and number density of nano-oxide particles in 9Cr-ODS steels with different concentrations of excess O, Ti and W are quantitatively determined using Small-angle neutron (SANS) and X-ray scattering (SAXS). Using the difference of the SANS and SAXS intensity in absolute units, the technique called the "alloy contrast variation (ACV) method" has been used to determine the compositions of the nano-oxide precipitates. The results indicate that the finest size and highest number density of nano-oxide particles is obtained by suppressing the amount of excess O and increasing the amount of Ti. The ACV method indicates that the finest nano-oxide has a chemical composition close to Y
TiO.
Koo, M.*; 徐 平光; 友田 陽*; 鈴木 裕士
Scripta Materialia, 61(8), p.797 - 800, 2009/10
被引用回数：19 パーセンタイル：23.98(Nanoscience & Nanotechnology)角度分散法その場中性子回折を用い、高合金ベイナイト鋼のベイナイト相変態挙動を観察した。熱膨張測定中の中性子実験を行い、加熱,冷却と等温保持中のオーステンナイト111とフェライト110回折のプロファイルを記録した。中性子回折の結果は熱膨張の結果とよく一致した。オーステンナイトの回折ピック幅の広がりはベイナイト変態する前ではなく、変態開始後に起こることを示した。
