| 研究概要 |
強ひずみ付与による超微細粒メタル創製のメカニズムを数値解析的に明らかにするために,外部負荷とともに単結晶内に誘起されるセルおよびサブグレインの自己組織化を表現する反応-拡散方程式を導出した.その際,単結晶の3段階硬化における応力情報を反映させるために,反応-拡散方程式の各速度係数を分解せん断応力の関数として表現する応力効果係数モデルを提案した.また,本モデルを多結晶体にも適用するために,粒界の影響距離を考慮して,粒界へのGN転位蓄積および粒界近傍における転位対消滅率の減少を表現できるよう転位反応モデルを改良した.また,単結晶の3段階硬化におけるステージ遷移のタイミングが,結晶粒の初期方位によって異なることを上述の応力効果係数モデルならびに転位平均飛行距離モデルに反映させた.次に,この反応-拡散方程式から計算される転位密度情報を結晶の硬化係数に導入することで,転位パターニングと結晶の変形過程を連成させたマルチスケール多結晶塑性モデルを構築した.
さらに,本モデルをFCC多結晶平板の強圧縮問題に適用し,マルチスケール結晶塑性FDM-FEMシミュレーションを行った.得られた結果において,結晶の硬化段階におけるステージIIでは数10μ程度の粒内に数μ程度のセルが形成され,粒界に沿ってGN転位の蓄積が開始される様子,ならびにステージIIIにおいて多数のマイクロシアバンドが発現し,それらに沿ってセルが1μ程度のサブグレンへ遷移するとともに,亜粒界にそってGN転位が蓄積する様子を再現した.また,転位パターンの進展過程が分解せん断応力の値に対応して粒ごとに異なることも表現した.さらに,局所ひずみ値が2を超える強変形を与えることにより,粒内にGN粒界が誘起され,それに沿って1個の粒が大角粒界を有するサブミクロンサイズの複数の微細粒へ分割される様子を可視化した.以上のようにして,超微細粒多結晶メタル創製過程を結晶欠陥レベルから計算力学的に再現するマルチスケールシミュレーション手法の基礎を築いた.
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