第2章.材料の構造と転位論の基礎 - tokushima u(fcc構造)...
TRANSCRIPT
![Page 1: 第2章.材料の構造と転位論の基礎 - Tokushima U(fcc構造) (b)軟鋼(bcc構造) すべり線の微細構造 すべり線 ~1000原子直径 ~100原子直径](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041904/5e62890114e5b35b350d7b50/html5/thumbnails/1.jpg)
第2章.材料の構造と転位論の基礎
![Page 2: 第2章.材料の構造と転位論の基礎 - Tokushima U(fcc構造) (b)軟鋼(bcc構造) すべり線の微細構造 すべり線 ~1000原子直径 ~100原子直径](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041904/5e62890114e5b35b350d7b50/html5/thumbnails/2.jpg)
2-1 材料の種類と結晶構造
体心立方格子(bcc)
Fe、Mn、Mo、Cr、W、
大部分の鋼 等
充填率 68%
面心立方格子(fcc)
Cu、Ag、Au、Al、Ni 等
充填率 74%
稠密六方晶格子(hcp)
Mg、Zn、Ti 等
充填率 74%
![Page 3: 第2章.材料の構造と転位論の基礎 - Tokushima U(fcc構造) (b)軟鋼(bcc構造) すべり線の微細構造 すべり線 ~1000原子直径 ~100原子直径](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041904/5e62890114e5b35b350d7b50/html5/thumbnails/3.jpg)
2-2-1点欠陥 (温度によっても左右する)
完全結晶
侵入原子
完全結晶
(B)侵入型原子による欠陥(A)原子空孔による欠陥
完全結晶
置換原子
完全結晶
置換原子
(D)置換型原子(大)による欠陥(C)置換型原子(小)による欠陥
![Page 4: 第2章.材料の構造と転位論の基礎 - Tokushima U(fcc構造) (b)軟鋼(bcc構造) すべり線の微細構造 すべり線 ~1000原子直径 ~100原子直径](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041904/5e62890114e5b35b350d7b50/html5/thumbnails/4.jpg)
2.2.2 線欠陥
完全結晶
τ τ
らせん転位(screw dislocation)
b : バーガスベクトル
b : バーガスベクトル
平行
完全結晶
刃状転位(edge dislocation)
5マス
6マス
b : バーガスベクトル
b : バーガスベクトル
垂直
![Page 5: 第2章.材料の構造と転位論の基礎 - Tokushima U(fcc構造) (b)軟鋼(bcc構造) すべり線の微細構造 すべり線 ~1000原子直径 ~100原子直径](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041904/5e62890114e5b35b350d7b50/html5/thumbnails/5.jpg)
転位の移動
τ
τ
τ
τ
τ
τ
すべり面
刃状転位の移動
![Page 6: 第2章.材料の構造と転位論の基礎 - Tokushima U(fcc構造) (b)軟鋼(bcc構造) すべり線の微細構造 すべり線 ~1000原子直径 ~100原子直径](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041904/5e62890114e5b35b350d7b50/html5/thumbnails/6.jpg)
転位の定義
格子の乱れ
少しずつ移動することにより、すべりが生じる。
転位 ~ すべった領域とすべらない領域の境目をいう。
すべった領域
すべらない領域
転位線
転位の定義
![Page 7: 第2章.材料の構造と転位論の基礎 - Tokushima U(fcc構造) (b)軟鋼(bcc構造) すべり線の微細構造 すべり線 ~1000原子直径 ~100原子直径](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041904/5e62890114e5b35b350d7b50/html5/thumbnails/7.jpg)
混合転位
すべった領域が閉空間である場合
すべった領域
すべらない領域
転位線
b1
刃状転位t1
b3
刃状転位
t3b2
らせん転位
t2
b4
らせん転位
t4
混合転位
![Page 8: 第2章.材料の構造と転位論の基礎 - Tokushima U(fcc構造) (b)軟鋼(bcc構造) すべり線の微細構造 すべり線 ~1000原子直径 ~100原子直径](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041904/5e62890114e5b35b350d7b50/html5/thumbnails/8.jpg)
面欠陥Ⅰ (結晶粒界)2.2.3 面欠陥
結晶の核(球状)
核成長
粒界さらに核成長
結晶粒粒内
結晶粒各々によって原子の配列が異なる。
核成長後、そこに境界が面としてできる。
![Page 9: 第2章.材料の構造と転位論の基礎 - Tokushima U(fcc構造) (b)軟鋼(bcc構造) すべり線の微細構造 すべり線 ~1000原子直径 ~100原子直径](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041904/5e62890114e5b35b350d7b50/html5/thumbnails/9.jpg)
面欠陥Ⅱ (双晶境界)
(2)機械的双晶(mechanical twin)
(750K時効処理二相ステンレス鋼)
Ⅱ.衝撃的負荷を加えたときに起こる
ττ
境界 境界
双晶
(1)焼きなまし双晶(annealing twin)
Ⅰ.熱を加えたときに起こる
(18Cr-Niオーステナイト鋼)
![Page 10: 第2章.材料の構造と転位論の基礎 - Tokushima U(fcc構造) (b)軟鋼(bcc構造) すべり線の微細構造 すべり線 ~1000原子直径 ~100原子直径](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041904/5e62890114e5b35b350d7b50/html5/thumbnails/10.jpg)
面欠陥Ⅲ (積層欠陥①)
面心立方格子 (fcc)
稠密六方晶格子 (hcp)
ABC ABCABC
AB ABABABすべり面
すべった部分
すべらない部分
b1
欠陥の
生じた部分 b2
b3
積層欠陥
すべらない部分すべった部分
ABCAB CABCAB
欠陥ABAB
![Page 11: 第2章.材料の構造と転位論の基礎 - Tokushima U(fcc構造) (b)軟鋼(bcc構造) すべり線の微細構造 すべり線 ~1000原子直径 ~100原子直径](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041904/5e62890114e5b35b350d7b50/html5/thumbnails/11.jpg)
面欠陥Ⅳ (積層欠陥②)
表2.2 積層欠陥エネルギー
欠陥の
生じた部分 b2
b3
積層欠陥
すべらない部分すべった部分
拡張転位 w
拡張転位の幅 w・ 積層欠陥エネルギ 大
wが狭い ⇒ 変形しやすい
wが広い ⇒ 変形しにくい
・ 積層欠陥エネルギ 小
![Page 12: 第2章.材料の構造と転位論の基礎 - Tokushima U(fcc構造) (b)軟鋼(bcc構造) すべり線の微細構造 すべり線 ~1000原子直径 ~100原子直径](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041904/5e62890114e5b35b350d7b50/html5/thumbnails/12.jpg)
2.3 転位の運動
転位の移動に必要な力を考える
バーガスベクトルbを持つ転位の長さdsがdlだけ移動
b A τ
=AdsdldW仕事 :
すべり面の面積 A
Fds
τ
外力 : τA長さdsの転位に作用する力
dlbdlds
dldWFds τ
==
dl単位長さあたりの力
F = τbτ
転位の運動に関して
① 転位の持つエネルギは長さに比例する。
② 転位も省エネを考えている。
曲がった転位を真っ直ぐにしようとする。
![Page 13: 第2章.材料の構造と転位論の基礎 - Tokushima U(fcc構造) (b)軟鋼(bcc構造) すべり線の微細構造 すべり線 ~1000原子直径 ~100原子直径](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041904/5e62890114e5b35b350d7b50/html5/thumbnails/13.jpg)
2.3.2 転位の増殖機構 (Frank-Read源)
A B
介在物
A B
転位の増殖機構(Frank-Read源)
転位
A BA B
A BA BA BA BA BA B
A B
A B
A B
A B
A B
A B
フランク-リード源のTEM写真
転位は増殖し、集積していく。
![Page 14: 第2章.材料の構造と転位論の基礎 - Tokushima U(fcc構造) (b)軟鋼(bcc構造) すべり線の微細構造 すべり線 ~1000原子直径 ~100原子直径](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041904/5e62890114e5b35b350d7b50/html5/thumbnails/14.jpg)
2.3.3 転位の集積(pile up)
粒界への転位の集積
粒界
転位源
すべり面
n個の転位
転位はすべり面上を移動
析出粒子や結晶粒界により、転位が集積する
転位の集積による集中応力の影響から、新たな転位源が生じる。
![Page 15: 第2章.材料の構造と転位論の基礎 - Tokushima U(fcc構造) (b)軟鋼(bcc構造) すべり線の微細構造 すべり線 ~1000原子直径 ~100原子直径](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041904/5e62890114e5b35b350d7b50/html5/thumbnails/15.jpg)
2.3.4 コットレル固着
侵入型原子
圧縮
引張り
侵入型原子によるコットレル固着
刃状転位
コットレル固着
点欠陥の雰囲気を形成 転位の移動に大きな抵抗を示す
点欠陥と転位の相互作用
![Page 16: 第2章.材料の構造と転位論の基礎 - Tokushima U(fcc構造) (b)軟鋼(bcc構造) すべり線の微細構造 すべり線 ~1000原子直径 ~100原子直径](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041904/5e62890114e5b35b350d7b50/html5/thumbnails/16.jpg)
2.4 結晶の塑性変形
Ⅰ.塑性変形の原因
主 ① すべりによる(すべり変形)
② 機械的双晶 ~ 衝撃的な負荷により起こる
Ⅱ.すべり線の違い
fcc構造
bcc構造
すべり線の密度
すべり線の形状
fcc構造
bcc構造
密
疎
直線的
波状的(a)オーステナイト鋼
(fcc構造)(b)軟鋼(bcc構造)
![Page 17: 第2章.材料の構造と転位論の基礎 - Tokushima U(fcc構造) (b)軟鋼(bcc構造) すべり線の微細構造 すべり線 ~1000原子直径 ~100原子直径](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041904/5e62890114e5b35b350d7b50/html5/thumbnails/17.jpg)
すべり線の微細構造
すべり線
~1000原子直径
~100原子直径
すべり帯
(すべり線が幾つか集まった所)
図2.22 すべり線の微細構造
![Page 18: 第2章.材料の構造と転位論の基礎 - Tokushima U(fcc構造) (b)軟鋼(bcc構造) すべり線の微細構造 すべり線 ~1000原子直径 ~100原子直径](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041904/5e62890114e5b35b350d7b50/html5/thumbnails/18.jpg)
シュミット因子
A0
A
φ λF
F
すべり面
せん断応力
τr = AFr
シュミット因子 cosφcosλ
Φ=λ=45°⇒ 最大せん断応力
cosφcosλ
σc〔
MPa
〕
臨界引張応力とシュミット因子の関係
τc 大きい ⇒ 強い
(例) whisker
λφ
φ
λ coscos
cos
cos
00 AF
AF
r ==
シュミット因子
τ
![Page 19: 第2章.材料の構造と転位論の基礎 - Tokushima U(fcc構造) (b)軟鋼(bcc構造) すべり線の微細構造 すべり線 ~1000原子直径 ~100原子直径](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041904/5e62890114e5b35b350d7b50/html5/thumbnails/19.jpg)
教科書の訂正
• P.34;式2.8casλ→cosλcasθ→cosθ