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論文

Analyzing the cross slip motion of screw dislocations at finite temperatures in body-centered-cubic metals; Molecular statics and dynamics studies

鈴土 知明; 鬼塚 貴志*; 福元 謙一*

Modelling and Simulation in Materials Science and Engineering, 27(6), p.064001_1 - 064001_15, 2019/08

 被引用回数:3 パーセンタイル:29.97(Materials Science, Multidisciplinary)

低温でのBCC金属の塑性は、らせん転位の移動に支配される。これらの金属結晶におけるらせん転位芯は非平面構造を有するため、その運動は複雑であり、予測不能である。例えば、密度汎関数理論(DFT)は、{$ 110 } $面上のすべりを予測するが、高温における実際のすべり面は予測から乖離してれており、そのメカニズムは何十年もの間の謎だった。本研究ではらせん転位運動を追跡する一連の分子動力学シミュレーションを実施し、実験で得られている滑り面の移行再現することに成功した。我々は、次に、Peierls障壁を超えて転位が移動する現象を精査するアルゴリズムを考案し、すべり面移行のメカニズムを発見した。すなわち、転位芯構造の変化がなくても、転位線の大きなゆらぎによって交差すべりのキンクペアが核形成されることを確認した。

論文

Atomistic simulation of phosphorus segregation to $$Sigma$$3(111) symmetrical tilt grain boundary in $$alpha$$-iron

海老原 健一; 鈴土 知明

Modelling and Simulation in Materials Science and Engineering, 26(6), p.065005_1 - 065005_10, 2018/09

 被引用回数:1 パーセンタイル:85.18(Materials Science, Multidisciplinary)

照射誘起粒界リン偏析の見積もりは原子炉圧力容器鋼の脆化を評価する上で重要な要素であるが、粒界へのリン移動の物理的過程は依然として不明である。このことから、分子動力学を用いて$$Sigma$$3(111)対称傾角粒界へのリン移動を分子動力学シミュレーションによって評価した。結果として、粒界近傍$$sim$$1nmの範囲で、自己格子間原子が粒界に押し出されることで、鉄-リン混合ダンベルのリン原子と八面体格子間リン原子が置換型原子になることを見出した。空孔-リン複合体も解離し、空孔はリン原子を引きずることなく粒界に吸収された。この結果は、従来考えられている偏析プロセスとは異なることから、それについて新しい視点が必要であると示唆している。

論文

Heterogeneous plastic deformation and Bauschinger effect in ultrafine-grained metals; Atomistic simulations

都留 智仁; 青柳 吉輝*; 加治 芳行; 下川 智嗣*

Modelling and Simulation in Materials Science and Engineering, 24(3), p.035010_1 - 035010_10, 2016/03

 被引用回数:6 パーセンタイル:54.42(Materials Science, Multidisciplinary)

大規模原子シミュレーションを用いて、多結晶モデルに対して単軸引張りと圧縮を与えることで超微細粒材料の降伏強度と塑性変形に関する転位密度の影響を検討した。その結果、初期の降伏挙動は転位密度が小さくなるにつれて異方性が大きくなることがわかった。また、Bauschinger効果はこれまで知られている粗大粒のメカニズムと異なり、転位密度が変化することによって生じることを明らかにした。

論文

Atomistic study on the cross-slip process of a screw $$<a>$$ dislocation in magnesium

板倉 充洋; 蕪木 英雄; 山口 正剛; 都留 智仁

Modelling and Simulation in Materials Science and Engineering, 23(6), p.065002_1 - 065002_19, 2015/09

 被引用回数:5 パーセンタイル:67.07(Materials Science, Multidisciplinary)

マグネシウムは軽量で強度があり構造材料としての高いポテンシャルを持っているが結晶構造の対称性の低さから特定の方向にのみ変形する性質があり加工が困難である。近年様々な元素を添加することでこの性質を改善する研究が各国において産学連携で進められ競争状態にある。本課題はこれまで鉄の転位の第一原理計算を行ってきた経験を活かし、計算科学研究の進んでいないマグネシウムについて研究を開始したものである。これまでマグネシウムの変形を担う転位の性質はその安定構造が第一原理計算で求められていたのみで、その移動の性質は不明であった。本研究では転位の構造とその移動を同時にコントロールする手法を新たに開発し、移動に必要なエネルギーを構造変化を考慮に入れた上で計算することに成功した。その結果、必要なエネルギーの大部分は構造変化のエネルギーであり、構造変化した後は転位が容易に移動することが分かった。この計算手法は同じ六方晶系の燃料被覆管用ジルコニウム合金へも適用可能である。

論文

Stability and mobility of rhenium and osmium in tungsten; First principles study

鈴土 知明; 山口 正剛; 長谷川 晃*

Modelling and Simulation in Materials Science and Engineering, 22(7), p.075006_1 - 075006_13, 2014/10

 被引用回数:46 パーセンタイル:8.66(Materials Science, Multidisciplinary)

タングステン結晶中のレニウム原子およびオスミウム原子の振る舞いを調べるため、密度汎関数法による第一原理計算を行った。1次元運動する自己格子間原子と異なって、これらの溶質原子の格子間原子は3次元運動することがわかった。これらの元素の拡散は材料の照射効果に多大な影響を及ぼすが、今回我々の得た結果はタングステン-レニウム、タングステン-オスミウム合金で実験的に観察される照射効果を説明するための重要な性質であることがわかった。

論文

Atomistic modeling of He embrittlement at grain boundaries of $$alpha$$-Fe; A Common feature over different grain boundaries

鈴土 知明; 山口 正剛; 都留 智仁

Modelling and Simulation in Materials Science and Engineering, 21(8), p.085013_1 - 085013_8, 2013/12

 被引用回数:6 パーセンタイル:66.11(Materials Science, Multidisciplinary)

金属材料に導入されたヘリウム原子は粒界破壊の原因となり、その影響を調べることは将来の核融合炉設計にとって非常に重要である。この論文では、第一原理計算手法と経験ポテンシャルによる手法を相補的に用いて、ヘリウムの$$alpha$$鉄粒界への偏析による粒界強度の低下を議論した。その結果、粒界強度に関する重要な指標である粒界凝集エネルギーが、ヘリウムの粒界面での濃度のみに依存し、粒界種に依存しないこと見出した。これはすべての粒界種について調査する必要がないことを示唆しており、材料設計にとって重要な結果である。

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