金属ガラスの変形機構を考慮したマルチスケールモデリングの研究

• 研究課題/領域番号: 15074214
• 研究種目: 特定領域研究
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 理工系
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 澁谷 陽二 (渋谷 陽二) 大阪大学, 大学院・工学研究科, 教授 (70206150)
• 研究分担者: 松中 大介 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助教 (60403151) ; 竹内 章 東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (40250815) ; 尾方 成信 大阪大学, 大学院工学研究科, 助教授 (20273584) ; 中谷 敬子 大阪府立工業高等専門学校, 総合工学システム学科, 助教授 (60295714) ; 小山 敦弘 長崎大学, 工学部, 講師 (40324800)
• 研究期間 (年度): 2003 – 2007
• 研究課題ステータス: 完了 (2007年度)
• 配分額: 53,500千円 (直接経費: 53,500千円); 2007年度: 4,200千円 (直接経費: 4,200千円); 2006年度: 13,100千円 (直接経費: 13,100千円); 2005年度: 14,500千円 (直接経費: 14,500千円); 2004年度: 14,500千円 (直接経費: 14,500千円); 2003年度: 7,200千円 (直接経費: 7,200千円)
• キーワード: 金属ガラス / 分子動力学シミュレーション / 内部構造解析 / 変形の局所化 / せん断帯 / ボロノイ多面体 / 自由体積 / アモルファス金属 / 局所幾何構造 / 20面体 / 機械的特性 / ガラス形成能 / 塑性変形能 / 分子動力学法 / 原子間ポテンシャル / 熱力学関数 / 第一原理計算 / 降伏現象 / 降伏曲面 / 2元系

研究概要

交付申請書に記載した3点の研究実施計画の項目に対応して,当該年度に実施した内容を記述する.まず,アモルファス金属の機械的特性評価の変形メカニズムの検討について,初期の自由体積に応じてヤング率といった弾性特性がほぼ決定されることを,一連の計算力学シミュレーションから明らかにした.そして,塑性変形挙動は,初期の自由体積に加えて,20面体を主とする内部局所構造の崩壊にともなう変形誘起の自由体積の存在を提案した.それら自由体積の局在化によりせん断帯の生じることを明らかにした.実際の材料では,多重のせん断帯が生じ,その干渉による分岐や停留が塑性変形能に大きく影響を与えることがわかっている.本研究では,多重せん断帯の創出する原子モデルを新たに提案し,その力学的な効果や熱的な特性評価を行つた.せん断帯内部では高温になるとともに,自由体積が著しく増大していることがわかつた.つぎに,結晶相を含む複合化の力学的特性を分子動力学シミュレ旨ションにより解析した.本研究で新たに提案した多重せん断帯原子モデルを適用することにより,結晶相がそのサイズではなく分散配置が一様な塑性変形の継続に強く影響を与えることを初めて明らかにした.これら一連の知見は,塑性変形能を向上させる複合化処理技術の向上に貢献した.そして最後に,種々の材料データベースを用いて多元系の緩和過程における内部構造の解析キデルを新たに提案し,比較的安定なクラスター構造がアモルファス構造の中距離秩序構造である可能性を示唆した.

研究成果

• [雑誌論文] アモルファス金属における多重せん断帯の原子論的形成メカニズム (2008)
  • 著者名/発表者名: 譯田真人, 渋谷陽二, 尾方成信
  • 雑誌名: 材料 57 ページ: 119-125
  • NAID: 130002085735
  • 査読あり
• [雑誌論文] Atomic packing density and its influence on the properties of Cu-Zr amorphous alloys (2007)
  • 著者名/発表者名: K-W., park・J-I., Jang・M., Wakeda・Y., Shibutani・J-C., Lee
  • 雑誌名: Scrlpta Materialia 57 ページ: 805-808
  • 査読あり
• [雑誌論文] Influence of Size and Number of Nanocrystals on Shear Band Formation in Amorphous Alloys (2007)
  • 著者名/発表者名: J., Park・Y., Shibutani・M., Wakeda・S., Ogata
  • 雑誌名: Materials Transactions 48 ページ: 1001-1006
  • NAID: 10020136331
  • 査読あり
• [雑誌論文] Computational Relationship of Deformation Behavior and Materials Strength of Amorphous Alloys to Short-ranged Local Structures (2007)
  • 著者名/発表者名: Y.Shibutani, M.Wakeda, S.Ogata, J.Park
  • 雑誌名: Materials Science Forum 539-543 ページ: 1911-1916
• [雑誌論文] Weighted Voronoi tessellation technique for internal structure of metallic glasses (2007)
  • 著者名/発表者名: J.Park, Y.Shibutani
  • 雑誌名: Intermetallics 15 ページ: 187-192
• [雑誌論文] Relationship between local geometrical factors and mechanical properties for Cu-Zr amorphous alloys (2007)
  • 著者名/発表者名: M.Wakeda, Y.Shibutani, S.Ogata J.Park
  • 雑誌名: Intermetallic 15 ページ: 139-144
• [雑誌論文] Yield point of metallic glass (2006)
  • 著者名/発表者名: F.Shimizu, S.Ogata, J, Li
  • 雑誌名: Acta Materialia 54 ページ: 4293-4298
• [雑誌論文] Effects of Atomic Size for Voronoi Tessellation Technique on binary and Ternary Systems of Metallic Glasses (2006)
  • 著者名/発表者名: J.Park, Y.Shibutani
  • 雑誌名: Materials Transactions 47・12 ページ: 2904-2909
  • NAID: 10018421315
• [雑誌論文] Atomistic simulation of shear localization in Cu-Zr bulk metallic glass (2006)
  • 著者名/発表者名: S.Ogata, F.Shimizu, J.Li, M.Wakeda, Y.Shibutani
  • 雑誌名: Intermetallics 14 ページ: 1033-1037
• [雑誌論文] Effects of Atomic Deviatoric Distortion on Local Glass Transition of Metallic Glasses (2005)
  • 著者名/発表者名: J.Park, Y.Shibutani, S.Ogata M.Wakeda
  • 雑誌名: Materials Transactions 46・12 ページ: 2848-2855
  • NAID: 10017150104
• [雑誌論文] Development of Metallic Glasses by Semi-Empirical Calculation Method (2005)
  • 著者名/発表者名: A.Takeuchi, A.Inoue
  • 雑誌名: Journal of Metastable and Nanocrystalline Materials 24・25 ページ: 283-286
• [雑誌論文] Classification of Bulk Metallic Glasses by Atomic Size Difference, Heal of Mixing and Period of Constituent Elements and Its Application to Characterization of the Main Alloying Element (2005)
  • 著者名/発表者名: A.Takeuchi, A.Inoue
  • 雑誌名: Materials Transactions 46・12 ページ: 2817-2829
• [雑誌論文] Phonon Dispersion Curves and Structural Stability for CuZr using a New Modified Embedded Atom Method Potential (2005)
  • 著者名/発表者名: K.Nakatani, A.J.Clifton, M.I.Baskes
  • 雑誌名: Transaction of Materials Research Society of Japan 30・3 ページ: 881-884
• [雑誌論文] Atomistic Yield Cnterion Dependent on Hydrostatic Pressure of Bulk Metallic Glasses (2004)
  • 著者名/発表者名: Yoji Shibutani, Masato Wakeda, Sigenobu Ogata
  • 雑誌名: 日本金属学会秋期大会講演概要 ページ: 62-62
• [雑誌論文] 分子動力学法による2元系アモルファス合金の強度則と内部構造変化 (2004)
  • 著者名/発表者名: 譯田 真人, 渋谷 陽二, 尾方 成信
  • 雑誌名: 第15回日本MRS学術シンポジウム概要集 ページ: 227-227
• [雑誌論文] CuZr合金への適用を目的とした新しいEAMポテンシャルの開発 (2004)
  • 著者名/発表者名: 中谷 敬子
  • 雑誌名: 第15回日本MRS学術シンポジウム概要集 ページ: 228-228
• [雑誌論文] 新たなMEAMポテンシャルのCu-Zr合金への適用 (2004)
  • 著者名/発表者名: 中谷 敬子
  • 雑誌名: 第17回計算力学講演会講演論文集 No.04-40 ページ: 287-288
• [雑誌論文] Calculations of Dominant Factors of Glass-Forming Ability for Metallic Glasses from Viscosity (2004)
  • 著者名/発表者名: A.Takeuchi, A.Inoue
  • 雑誌名: Materials Science and Engineering A375-377 ページ: 449-454
• [雑誌論文] Thermodynamic and Kinetic Analyses of Formation of Amorphous and Nanocrystalline Alloys with the Aid of Computer and Database (2004)
  • 著者名/発表者名: A.Takeuchi, A.Inoue
  • 雑誌名: Journal of Optoelectronics and Advanced Materials 6・2 ページ: 533-540
• [雑誌論文] Atomic Simulation of Shear Localization in Zr-Cu Bulk Metallic Glass
  • 著者名/発表者名: S.Ogata, F.Shimizu, J.Li, M.Wakeda, Y.Shibutani
  • 雑誌名: Intermatallics (印刷中)
• [学会発表] Shear Banding Analyses of Amorphous Alloys with Crystalline Particles (2007)
  • 著者名/発表者名: Y., Shibutani・M., Wakeda・J., Park
  • 学会等名: The 6th Pacific Rim International Conference on Advanced Materials and Processing
  • 発表場所: Jeju Island (korea)
  • 年月日: 2007-11-08
• [図書] 新機能材料 金属ガラスの基礎と産業への応用(出版予定) (2008)
  • 著者名/発表者名: 渋谷陽二(分担執筆)
  • 出版者: (株)テクノシステム
• [備考] 本特定領域代表の所属する機関で作成
  • URL: http://glasmet.imr.tohoku.ac.jp/
• [文献書誌] 譯田真人, 尾方成信, 渋谷陽二: "分子動力学法を用いた2元系アモルファス合金の強度則の検討"日本機械学会関西学生会卒業研究発表講演会講演前刷集. 1-14 (2004)
• [文献書誌] 竹内 章, 井上明久: "金属ガラスおよびアモルファス合金の形成能の熱力学的評価"まてりあ. 42・5. 413-421 (2003)
• [文献書誌] A.Takeuchi, A.Inoue: "Computer-Aided Development of Multicomponent Metallic Glasses"Materials Research Society Symposium Proceedings. 754. 35-46 (2003)