• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 課題ページに戻る

2022 年度 実績報告書

BCC合金が持つ特異な変形機構の起源の解明と力学機能設計

研究課題

研究課題/領域番号 22H01762
配分区分補助金
研究機関国立研究開発法人日本原子力研究開発機構

研究代表者

都留 智仁  国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 原子力基礎工学研究センター, 研究主幹 (80455295)

研究分担者 森 英喜  産業技術短期大学, その他部局等, 講師 (00456998)
田中 將己  九州大学, 工学研究院, 教授 (40452809)
研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2025-03-31
キーワード転位 / 電子構造 / 異方性 / BCC合金
研究実績の概要

周期条件を満たす転位の弾性問題に基づいて、転位芯構造モデルとエネルギーを同時に評価する枠組みを整理した。第一原理計算を用いて、任意の面上で直線転位が運動する際のエネルギーを評価するとともに、転位双極子が相対位置を変化させるときのエネルギー変化を第一原理計算と弾性解で比較した。バーガースベクトル方向に1層の135原子を有する小さなスーパーセルを用いた場合に、転位が一格子周期分ずれる際の差は、第一原理計算と弾性解でそれぞれ、16 meVと18.2 meVと比較的近い値であることを確認した。このことから、転位芯の拡張が小さな体心立方格子(BCC)結晶系では、弾性解が転位のエネルギーの見積もりに有効に利用できることを示した。これは、純金属以外の複雑な合金系に対する転位運動を評価する際にも有効である。また、BCC構造を持つFe、Mo、Wなどの元素に対して、多様な相構造及び欠陥構造に対する第一原理計算を行い、人工ニューラルネットワーク(ANN)ポテンシャル開発のためのデータベースとして蓄積した。特に、Feに関しては、C15構造などの多様な格子間原子のデータまで含めた高精度なポテンシャルを整備し、転位構造解析の応用として、鉄らせん転位のキンク生成エネルギーの評価を行った。また、古典ポテンシャルでは現れない表面の応力振動をよく再現することを確認した。
実験による検討では、安定相がBCC構造を持つ元素に加えて、高温相もしくは合金でBCC構造を持つ元素として、チタン合金を対象とした合金作成、及び実験のセットアップを行った。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

当初計画していた、弾性問題および第一原理計算に基づく転位芯の構造解析を完了し、BCC構造を有する金属の転位芯構造では、弾性解を効果的に利用できることを確認した。また、人工ニューラルネットワーク(ANN)ポテンシャルの開発においても、比較的少ない構造で転位構造を高精度に再現するデータセットを抽出することに成功しており、多様なBCC金属に拡張可能な枠組みを完成したため、概ね順調に進展していると評価した。

今後の研究の推進方策

多様なBCC構造に対して作成されたANNポテンシャルに対して、動力学計算も含めたパフォーマンスの検証を行う。キンク機構による運動が正しく再現できることを確認し、純金属のポテンシャルを完成させる。また、第一原理計算によるβチタンの解析に着するとともに、実験からも他のBCC構造とすべり変形の異方性について検討を行う。

  • 研究成果

    (23件)

すべて 2023 2022 その他

すべて 雑誌論文 (10件) (うち国際共著 1件、 査読あり 10件、 オープンアクセス 4件) 学会発表 (12件) (うち国際学会 5件、 招待講演 8件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Influence of group IV element on basic mechanical properties of BCC medium-entropy alloys using machine-learning potentials2023

    • 著者名/発表者名
      Lobzenko Ivan、Shiihara Yoshinori、Mori Hideki、Tsuru Tomohito
    • 雑誌名

      Computational Materials Science

      巻: 219 ページ: 112010~112010

    • DOI

      10.1016/j.commatsci.2023.112010

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Improved mechanical properties of Co-free high-entropy Cantor alloy: A first-principles study2023

    • 著者名/発表者名
      Lobzenko Ivan、Wei Daixiu、Itakura Mitsuhiro、Shiihara Yoshinori、Tsuru Tomohito
    • 雑誌名

      Results in Materials

      巻: 17 ページ: 100364~100364

    • DOI

      10.1016/j.rinma.2023.100364

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Grain refinement in titanium prevents low temperature oxygen embrittlement2023

    • 著者名/発表者名
      Chong Yan、Gholizadeh Reza、Tsuru Tomohito、Zhang Ruopeng、Inoue Koji、Gao Wenqiang、Godfrey Andy、Mitsuhara Masatoshi、Morris J. W.、Minor Andrew M.、Tsuji Nobuhiro
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 14 ページ: 404

    • DOI

      10.1038/s41467-023-36030-0

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Atomic Stress State Inside fcc and bcc Random Alloys: A First-Principles Approach2022

    • 著者名/発表者名
      Shiihara Yoshinori、Itai Yuki、Lobzenko Ivan、Tsuru Tomohito
    • 雑誌名

      Frontiers in Materials

      巻: 9 ページ: 895626

    • DOI

      10.3389/fmats.2022.895626

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Interaction between solute atoms and vacancies in Al-Mg-X (X=Si, Ge) alloys2022

    • 著者名/発表者名
      Kurihara Kensuke、Lobzenko Ivan、Tsuru Tomohito、Serizawa Ai
    • 雑誌名

      Journal of Japan Institute of Light Metals

      巻: 72 ページ: 427~429

    • DOI

      10.2464/jilm.72.427

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Electronic Structure-Based Modeling of Dislocation Motion and Its Application to Nanoscale Mechanics2022

    • 著者名/発表者名
      Tsuru Tomohito
    • 雑誌名

      Journal of the Society of Materials Science, Japan

      巻: 71 ページ: 660~665

    • DOI

      10.2472/jsms.71.660

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Mechanical behaviors of equiatomic and near-equiatomic face-centered-cubic phase high-entropy alloys probed using in situ neutron diffraction2022

    • 著者名/発表者名
      Wei Daixiu、Gong Wu、Tsuru Tomohito、Kawasaki Takuro、Harjo Stefanus、Cai Biao、Liaw Peter K.、Kato Hidemi
    • 雑誌名

      International Journal of Plasticity

      巻: 158 ページ: 103417~103417

    • DOI

      10.1016/j.ijplas.2022.103417

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Si-addition contributes to overcoming the strength-ductility trade-off in high-entropy alloys2022

    • 著者名/発表者名
      Wei Daixiu、Gong Wu、Tsuru Tomohito、Lobzenko Ivan、Li Xiaoqing、Harjo Stefanus、Kawasaki Takuro、Do Hyeon-Seok、Bae Jae Wung、Wagner Christian、Laplanche Guillaume、Koizumi Yuichiro、Adachi Hiroki、Aoyagi Kenta、Chiba Akihiko、Lee Byeong-Joo、Kim Hyoung Seop、Kato Hidemi
    • 雑誌名

      International Journal of Plasticity

      巻: 159 ページ: 103443~103443

    • DOI

      10.1016/j.ijplas.2022.103443

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Ultrahigh yield strength and large uniform elongation achieved in ultrafine-grained titanium containing nitrogen2022

    • 著者名/発表者名
      Chong Yan、Tsuru Tomohito、Guo Baoqi、Gholizadeh Reza、Inoue Koji、Tsuji Nobuhiro
    • 雑誌名

      Acta Materialia

      巻: 240 ページ: 118356~118356

    • DOI

      10.1016/j.actamat.2022.118356

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Cleavages along {110} in bcc iron emit dislocations from the curved crack fronts2022

    • 著者名/発表者名
      Suzudo Tomoaki、Ebihara Ken-ichi、Tsuru Tomohito、Mori Hideki
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 12 ページ: 19701

    • DOI

      10.1038/s41598-022-24357-5

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 材料強度の解析および予測的評価に向けた高精度ニューラルネットワーク型原子間ポテンシャルの 開発と適用2022

    • 著者名/発表者名
      森英喜
    • 学会等名
      第2回マルチスケールマテリアルモデリングシンポジウム
    • 招待講演
  • [学会発表] 高濃度合金の力学機能向上の起源に関する検討2022

    • 著者名/発表者名
      都留智仁、ロブゼンコ イバン
    • 学会等名
      第2回マルチスケールマテリアルモデリングシンポジウム
  • [学会発表] 人工ニューラルネットワークを用いたBCCミディアムエントロピー合金のロバストな原子間ポテンシャルの構築2022

    • 著者名/発表者名
      ロブゼンコ イバン、都留智仁
    • 学会等名
      日本金属学会2022年秋期(第171回)講演大会
  • [学会発表] CC-HEAにおける構成元素の効果と転位運動の記述2022

    • 著者名/発表者名
      都留智仁、ロブゼンコ イバン
    • 学会等名
      日本金属学会2023年春期(第172回)講演大会
  • [学会発表] Mechanism of excellent mechanical properties in BCC refractory high-entropy alloys2022

    • 著者名/発表者名
      Tsuru Tomohito
    • 学会等名
      International workshop on High-Entropy Alloys
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Dislocations shape and dynamics in BCC medium entropy alloys: classical modelling with machine learning potentials2022

    • 著者名/発表者名
      Lobzenko Ivan, Shiihara Yoshinori, Tsuru Tomohito
    • 学会等名
      2022 MRS Fall Meeting & Exhibit
    • 国際学会
  • [学会発表] Alloy design from first-principles calculations of dislocation core in dilute and highly-concentrated alloys2022

    • 著者名/発表者名
      Tsuru Tomohito, Lobzenko Ivan
    • 学会等名
      15th World Congress on Computational Mechanics (WCCM-XV), 8th Asian Pacific Congress on Computational Mechanics (APCOM-VIII)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Hydrogen trapping and quasi-cleavage fracture in Al-Zn-Mg alloy2022

    • 著者名/発表者名
      Tsuru Tomohito, et al.
    • 学会等名
      The 18th International Conference on Aluminium Alloys
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Origin of excellent mechanical properties in highly concentrated BCC alloys: Electronic structure calculations2022

    • 著者名/発表者名
      Tsuru Tomohito
    • 学会等名
      Tenth International Conference on MATERIALS STRUCTURE & MICROMECHANICS OF FRACTURE
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] マルチスケール組織制御によるハイエントロピー合金の力学特性向上2022

    • 著者名/発表者名
      魏代修、都留智仁、加藤秀実
    • 学会等名
      日本金属学会2022年秋期(第171回)講演大会
    • 招待講演
  • [学会発表] 第一原理計算によるマグネシウム合金の力学特性評価と合金設計2022

    • 著者名/発表者名
      都留智仁
    • 学会等名
      高性能Mg合金創成加工研究会 第86回講演会
    • 招待講演
  • [学会発表] 破壊現象の予測における破壊力学の限界と可能性:原子論的方法に基づく変形と破壊の記述2022

    • 著者名/発表者名
      都留智仁
    • 学会等名
      力学未来シンポジウム2023
    • 招待講演
  • [備考] researchmap

    • URL

      https://researchmap.jp/tsurutomohito

URL: 

公開日: 2023-12-25  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi