2020 Fiscal Year Annual Research Report
計算科学によるα-Tiの双晶クラック抑制機構の解明
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19K23570
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Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
Principal Investigator |
宮澤 直己 東京工業大学, 物質理工学院, 助教 (40847787)
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Project Period (FY) |
2019-08-30 – 2021-03-31
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Keywords | 分子動力学 / チタン / 双晶 / 第一原理計算 |
Outline of Annual Research Achievements |
本年度は,分子動力学法を用いてαTiの転位と双晶の相互作用について解析を行った.特に,双晶界面に酸素を偏析させて解析を行うことで添加元素の効果を調べた.酸素を双晶界面上,双晶界面よりも一層隣の層,ランダムな八面体サイトにそれぞれ偏析させ,各モデルで酸素の濃度を変化させて検討を行った.計算の結果,酸素を偏析させたモデルでは偏析させないモデルに比べて界面強度が高くなる傾向にあることが分かった.さらに,双晶界面に衝突した後の転位の反応にも違いが見られた.酸素を偏析させないモデルや酸素が低濃度のモデルでは転位は双晶界面を超えた運動を容易に起こした.一方,酸素濃度が高いモデルでは転位の堆積や交差すべりが生じることが分かった.酸素を偏析させると界面エネルギーは低下する傾向にあることが分かった.また,酸素濃度が増加するにつれて転位が界面を乗り越えるのに必要な応力は増加し,交差滑りに必要な応力は低下することが分かった.これは酸素を固溶させることでc/a比が増加したことが一因と考えられる.また,酸素の偏析サイトによっても結果に違いがみられ,酸素が界面上に偏析する場合に比べ酸素が界面から離れたサイトやランダムなサイトに位置する場合には酸素の効果はほとんど見られなかった. また,計算結果の第一原理計算との比較を行った.第一原理計算において双晶界面でエネルギー的に安定とされるサイトでは,準安定なサイトに比べ転位との相互作用に関して効果がより大きいことが分かった.このことから,酸素はチタンと安定な結合を形成することで強化・脆化を引き起こす可能性があることが分かった. 以上から,分子動力学計算によって酸素は界面強度を増加させ交差すべりを活性化し,さらにその効果が局所的であることが分かった.また第一原理計算から,これが化学結合に起因することを明らかにした.
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Research Products
(2 results)