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論文

Neutron diffraction monitoring of ductile cast iron under cyclic tension-compression

Harjo, S.; 窪田 哲*; Gong, W.*; 川崎 卓郎; Gao, S.*

Acta Materialia, 196, p.584 - 594, 2020/09

 被引用回数:0 パーセンタイル:100(Materials Science, Multidisciplinary)

To understand work hardening behavior during low-cycle loading, ductile cast iron containing spheroidal graphite, pearlite, and ferrite matrix was investigated in an in situ neutron diffraction study of up to four cycles of tensile-compressive loading with applied strains of $$pm$$0.01. The amplitudes of applied stress, Bauschinger stress, and Bauschinger strain were found to increase with increasing cycle number, indicating work hardening as cyclic loading progressed. Absolute values of ferrite lattice strain at maximum and minimum applied strains increased with increasing cycle number, indicating an increase in ferrite strength. Consequently, the stress contribution to the strength from ferrite increased as cyclic loading progressed. The increase in ferrite strength, caused by dislocation accumulation in ferrite during cyclic loading, played an important role in the work hardening of the ductile cast iron.

論文

${it In situ}$ WB-STEM observation of dislocation loop behavior in reactor pressure vessel steel during post-irradiation annealing

Du, Y.*; 吉田 健太*; 嶋田 雄介*; 外山 健*; 井上 耕治*; 荒河 一渡*; 鈴土 知明; Milan, K. J.*; Gerard, R.*; 大貫 惣明*; et al.

Materialia, 12, p.100778_1 - 100778_10, 2020/08

長期に原子炉圧力容器の健全性を確保するためには、照射が材料に及ぼす影響を理解する必要がある。本研究では我々が新規開発したWB-STEMを用いて、中性子照射された原子炉圧力容器試験片を焼鈍中、照射誘起転位ループの観察を行った。焼鈍温度を上げると$$<100>$$ループの割合が増加していることが確認された。また、2つの$$frac{1}{2}$$$$<111>$$ループが衝突して$$<100>$$ループになる現象の観察に初めて成功した。転位に転位ループがデコレートする現象も観察され、分子動力学シミュレーションによってそのメカニズムが説明することができた。

論文

Role of retained austenite in low alloy steel at low temperature monitored by neutron diffraction

山下 享介; 諸岡 聡; Harjo, S.; 川崎 卓郎; 古賀 紀光*; 梅澤 修*

Scripta Materialia, 177, p.6 - 10, 2020/03

 被引用回数:1 パーセンタイル:26.4(Nanoscience & Nanotechnology)

${it In situ}$ neutron diffraction measurements during tensile tests at low temperatures of a low alloy steel containing retained austenite have been performed. Evolutions of phase fractions and phase stresses were analyzed and discussed with the progress of deformation. The role of austenite in the steel during deformation at low temperatures was observed not to directly in the contribution to the strengths but in the improvement of the elongation by transformation of austenite to martensite -and in the increasing of the work-hardening rate by an increase in the phase fraction of martensite and the work hardening of martensite.

論文

Study on formation mechanism of {332}$$<$$113$$>$$ deformation twinning in metastable $$beta$$-type Ti alloy focusing on stress-induced $$alpha"$$ martensite phase

Cho, K.*; 森岡 亮太*; Harjo, S.; 川崎 卓郎; 安田 弘行*

Scripta Materialia, 177, p.106 - 111, 2020/03

 被引用回数:2 パーセンタイル:10.87(Nanoscience & Nanotechnology)

Deformation behavior of Ti-12Mo alloy which is primarily deformed by {332}$$<$$113$$>$$ deformation twinning was studied by in situ neutron diffraction measurements and deformation structure analyses, focusing on the formation of stress-induced $$alpha"$$ martensite phase. We directly observed for the first time that the $$alpha"$$ phase was formed at the initial stage of the plastic deformation and the volume fraction of the phase increased with increasing plastic deformation. This stress-induced $$alpha"$$ martensite phase acts as a nucleation site for the {332}$$<$$113$$>$$ twins. Further increase in stress results in a replacement of the $$alpha"$$ phase by the {332}$$<$$113$$>$$ twins.

論文

Real time observation of martensite transformation for a 0.4C low alloyed steel by neutron diffraction

Wang, Y.*; 友田 陽*; 大村 孝仁*; 諸岡 聡; Gong, W.*; Harjo, S.

Acta Materialia, 184, p.30 - 40, 2020/02

 被引用回数:2 パーセンタイル:10.87(Materials Science, Multidisciplinary)

A high-intensity and high-resolution neutron diffractometer with a thermomechanically controlled processing simulator was employed in-situ to investigate martensite transformation behavior with and without ausforming for a medium-carbon low-alloy steel. Serial neutron diffraction profiles have revealed that the transformation behavior could be successfully monitored during quenching with and without the ausforming process. The lattice parameter and the full width at half maximum of austenite peaks significantly decreases and increases upon martensite transformation, respectively. After ausforming, the data reveal that lattice parameters are larger in austenite whereas smaller in martensite compared with those in the non-ausformed case, which is ascribed to the introduced dislocations. The cutting-edge operant quantitative measurements with neutron diffraction for steel production is demonstrated.

論文

Neutron diffraction study on full-shape Japanese sword

Harjo, S.; 川崎 卓郎; Grazzi, F.*; 篠原 武尚; 田中 眞奈子*

Materialia, 7, p.100377_1 - 100377_9, 2019/09

A mapping measurement using pulsed neutron diffraction with time-of-flight method is performed on a full-shape Japanese sword made in Keicho era (1596-1615) to elucidate the manufacturing process. The obtained diffraction patterns are analyzed by the Rietveld refinement and a line profile analysis. The constituent phases in the area closer to the back of the blade (ridge) are found to be ferrite and cementite, composing pearlite, while the area close to the edge is composed by martensite and austenite. The distributions of constituent phases are well explained with the distributions of dislocation density and crystallite size. The carbon contents and the residual macroscopic stresses are estimated from the obtained phase fractions and lattice parameters.

論文

Neutron diffraction study of temperature-dependent elasticity of B19' NiTi; Elinvar effect and elastic softening

Ahadi, A.*; Khaledialidusti, R.*; 川崎 卓郎; Harjo, S.; Barnoush, A.*; 土谷 浩一*

Acta Materialia, 173, p.281 - 291, 2019/07

 被引用回数:4 パーセンタイル:34.57(Materials Science, Multidisciplinary)

The temperature-dependent elasticity of the B19' NiTi is unknown today. To gain insights into the lattice-level temperature-dependent elasticity of the B19' crystal, we present results of ${it in situ}$ neutron diffraction experiments performed on polycrystalline martensitic specimens in the temperature range of 300 down to 50 K. The experimental results are compared with the density functional theory molecular dynamics (DFT-MD) and Quasi Harmonic Approximation (QHA) calculations. The results confirm that the temperature-dependent Young's modulus (TDYM) of the B19' crystal is strongly anisotropic. The experimental results along with the first-principles calculations confirm that the Elinvar and Invar are two confluent properties in NiTi SMAs and can be tailored by texturing B19' crystallographic orientations.

論文

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

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.*; et al.

Acta Materialia, 168, p.331 - 342, 2019/04

 被引用回数:10 パーセンタイル:7.56(Materials Science, Multidisciplinary)

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。

論文

Microstructure evolution in a hydrogen charged and aged Al-Zn-Mg alloy

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.

論文

Deformation of CoCrFeNi high entropy alloy at large strain

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:18 パーセンタイル:6.19(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.

論文

Interfacial segregation and fracture in Mg-based binary alloys; Experimental and first-principles perspective

都留 智仁; 染川 英俊*; Chrzan, D. C.*

Acta Materialia, 151, p.78 - 86, 2018/06

 被引用回数:18 パーセンタイル:7(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。

論文

Effect of crystal orientation on incipient plasticity during nanoindentation of magnesium

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:9 パーセンタイル:36.35(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。

論文

Chemical misfit origin of solute strengthening in iron alloys

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:12 パーセンタイル:23.55(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。

論文

Reverse austenite transformation behavior in a tempered martensite low-alloy steel studied using ${it in situ}$ neutron diffraction

友田 陽*; Gong, W.*; Harjo, S.; 篠崎 智也*

Scripta Materialia, 133, p.79 - 82, 2017/05

AA2017-0349.pdf:2.43MB

 被引用回数:13 パーセンタイル:21.16(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 ${it in situ}$ 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.

論文

Effect of twin boundary on crack propagation behavior in magnesium binary alloys; Experimental and calculation studies

染川 英俊*; 都留 智仁

Scripta Materialia, 130, p.114 - 118, 2017/03

 被引用回数:10 パーセンタイル:32.54(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$$bar{1}$$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。

論文

The Two-step nucleation of G-phase in ferrite

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:40 パーセンタイル:3.95(Materials Science, Multidisciplinary)

673Kで等温時効したフェライト相中のG相(Ni$$_{16}$$Si$$_{7}$$Mn$$_{6}$$)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Ni$$_{16}$$Si$$_{3.5}$$(Fe,Cr)$$_{3.5}$$Mn$$_{6}$$と見積もられることが分かった。

論文

Effect of aluminum or zinc solute addition on enhancing impact fracture toughness in Mg-Ca alloys

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:22 パーセンタイル:13.66(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。

論文

Hardening in thermally-aged Fe-Cr binary alloys; Statistical parameters of atomistic configuration

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:6 パーセンタイル:54.39(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。

論文

Orientation relationship between $$alpha$$-phase and high-pressure $$omega$$-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:9 パーセンタイル:42(Nanoscience & Nanotechnology)

中性子回折法により第IV族遷移純金属の高圧$$omega$$相の変形集合組織を評価した。$$<$$0001$$>$$$$omega$$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、$$omega$$相の主すべり系が{11-20}$$<$$0001$$>$$$$omega$$であることを示唆している。逆変態$$alpha$$相に対する機械的に安定した$$omega$$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。

論文

Effect of prior martensite on bainite transformation in nanobainite steel

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:74 パーセンタイル:1.31(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。

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