ＴＥＭ内局所力学計測によるBCC金属の転位論モデル解析

• 研究課題/領域番号: 18H01696
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分26010:金属材料物性関連
• 研究機関: 国立研究開発法人物質・材料研究機構
• 研究代表者: 大村 孝仁 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 構造材料研究拠点, 副拠点長 (40343884)
• 研究分担者: 井 誠一郎 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 構造材料研究拠点, 主幹研究員 (60435146)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 15,470千円 (直接経費: 11,900千円、間接経費: 3,570千円); 2020年度: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円); 2019年度: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円); 2018年度: 6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
• キーワード: 転位 / BCC金属 / 塑性変形 / 局所力学挙動 / TEM / 粒界 / ＢＣＣ金属

研究成果の概要

TEMその場変形・計測において超微細粒IF鋼の解析を行った結果、外力負荷前において粒内に存在した転位は粒界へ向かって移動後に粒界付近で消滅し、同時に計測される荷重―変位曲線においては、転位密度の低下とともに荷重が上昇する傾向が観察された。さらに塑性ひずみを上昇させると，粒界からの転位生成が確認され，転位密度の上昇が確認された。転位核生成とその後の変形挙動に関するFe単結晶を用いた解析において、弾性変形から遷移する際のひずみバースト現象は、バーストが発生する臨界応力の確率密度がガウス型の分布を示すのに対し、その後の比較的に小規模なバースト現象はべき乗型の分布を示すことを初めて明らかにした。

研究成果の学術的意義や社会的意義

bcc金属は，鉄鋼材料に代表されるように身近な構造材料であり，社会インフラを支える重要な役割を果たしている。学術的には，bcc結晶構造に特有の転位運動と力学挙動の関係をTEM内その場変形などの先進的な手法によって直接的に捉えることに成功し，塑性変形の機構を解明した。社会的には，変形機構の基礎的な解明によって機械的性質のさらなる性能向上を実現する指針の構築に貢献した。

研究成果

• [国際共同研究] 国立台湾大学(その他の国・地域 台湾)
• [国際共同研究] 国立台湾大学(その他の国・地域 台湾)
• [雑誌論文] Recent Advances in Indentation Techniques and Their Application to Mechanical Characterization (2021)
  • 著者名/発表者名: Ohmura Takahito
  • 雑誌名: MATERIALS TRANSACTIONS 巻: 62 号: 4 ページ: 563-569
  • DOI: 10.2320/matertrans.MT-M2020371
  • NAID: 130008002791
  • ISSN: 1345-9678, 1347-5320
  • 年月日: 2021-04-01
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] ナノインデンテーション法を用いた粒界強度の評価 (2021)
  • 著者名/発表者名: Nakano Katsuya、Takeda Kengo、Ii Seiichiro、Ohmura Takahito
  • 雑誌名: 日本金属学会誌 巻: 85 号: 1 ページ: 40-48
  • DOI: 10.2320/jinstmet.JD202006
  • NAID: 130007959978
  • ISSN: 0021-4876, 1880-6880, 2433-7501
  • 年月日: 2021-01-01
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Interstitial Free（IF）鋼の粒界における局所力学特性に及ぼす幾何学因子とB添加の影響 (2021)
  • 著者名/発表者名: Endoh Kazuki、Ii Seiichiro、Kimura Yuuji、Sasaki Taisuke、Goto Sota、Yokota Takeshi、Ohmura Takahito
  • 雑誌名: 日本金属学会誌 巻: 85 号: 1 ページ: 30-39
  • DOI: 10.2320/jinstmet.JD202005
  • NAID: 130007959964
  • ISSN: 0021-4876, 1880-6880, 2433-7501
  • 年月日: 2021-01-01
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Mechanical response of dislocation interaction with grain boundary in ultrafine-grained interstitial-free steel (2021)
  • 著者名/発表者名: Li Hongxing、Gao Si、Tomota Yo、Ii Seiichiro、Tsuji Nobuhiro、Ohmura Takahito
  • 雑誌名: Acta Materialia 巻: 206 ページ: 116621-116621
  • DOI: 10.1016/j.actamat.2021.116621
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Pop-In Phenomenon as a Fundamental Plasticity Probed by Nanoindentation Technique (2021)
  • 著者名/発表者名: Ohmura Takahito、Wakeda Masato
  • 雑誌名: Materials 巻: 14 号: 8 ページ: 1879-1879
  • DOI: 10.3390/ma14081879
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Unique universal scaling in nanoindentation pop-ins (2020)
  • 著者名/発表者名: Sato Yuji、Shinzato Shuhei、Ohmura Takahito、Hatano Takahiro、Ogata Shigenobu
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 11 号: 1 ページ: 4177-4177
  • DOI: 10.1038/s41467-020-17918-7
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Continuous and discontinuous yielding behaviors in ferrite-cementite steels (2020)
  • 著者名/発表者名: Wang Yanxu、Tomota Yo、Ohmura Takahito、Gong Wu、Harjo Stefanus、Tanaka Masahiko
  • 雑誌名: Acta Materialia 巻: 196 ページ: 565-575
  • DOI: 10.1016/j.actamat.2020.07.017
  • 査読あり
• [雑誌論文] BCC鉄における局所的な塑性変形開始に及ぼす固溶炭素の影響 (2020)
  • 著者名/発表者名: Nakano Katsuya、Ohmura Takahito
  • 雑誌名: 鉄と鋼 巻: 106 号: 6 ページ: 372-381
  • DOI: 10.2355/tetsutohagane.TETSU-2019-095
  • NAID: 130007849757
  • ISSN: 0021-1575, 1883-2954
  • 査読あり
• [雑誌論文] The effect of boundary or interface on stress-induced martensitic transformation in a Fe-Ni alloy (2020)
  • 著者名/発表者名: Man Tinghui、Ohmura Takahito、Tomota Yo
  • 雑誌名: Materials Today Communications 巻: 23 ページ: 100896-100896
  • DOI: 10.1016/j.mtcomm.2020.100896
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Atomistic prediction of the temperature- and loading-rate-dependent first pop-in load in nanoindentation (2019)
  • 著者名/発表者名: Sato Yuji、Shinzato Shuhei、Ohmura Takahito、Ogata Shigenobu
  • 雑誌名: International Journal of Plasticity 巻: 121 ページ: 280-292
  • DOI: 10.1016/j.ijplas.2019.06.012
  • 査読あり
• [雑誌論文] In-situ transmission electron microscopy investigation of compressive deformation in interphase-precipitated carbide-strengthened α-iron single-crystal nanopillars (2019)
  • 著者名/発表者名: Gao, M.-Y., Tsai, S.-P., Yang, J.-R., Chang, Y.-L., Ohmura, T., Chen, C.-Y., Wang, S.-H., Wang, Y.-T., Huang, C.-Y.
  • 雑誌名: Mater. Sci. Eng. 巻: 746 ページ: 406-415
  • DOI: 10.1016/j.msea.2018.12.055
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] Characterization of Dislocation Motions in Metallic Materials by TEM In-situ Straining and Nanoindentation (2020)
  • 著者名/発表者名: T. Ohmura
  • 学会等名: 4th Symp. for The Core Research Cluster for Materials Science
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] NANO-MECHANICAL BEHAVIOR OF BCC IRONS CHARACTERIZED THROUGH NANOINDENTATION AND TEM IN-SITU STRAINING (2019)
  • 著者名/発表者名: T. Ohmura
  • 学会等名: Nanomechanical Testing in Materials Research and Development VII
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] “Nano-mechanical characterization for bcc metals through nanoindentation and TEM in-situ straining (2019)
  • 著者名/発表者名: T. Ohmura
  • 学会等名: NANO KOREA 2019
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Collective motion of dislocation associated with local plasticity initiation and subsequent behavior in bcc metals (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Ohmura
  • 学会等名: MS&T18
  • 国際学会 / 招待講演