第２章．材料の構造と転位論の基礎

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％

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

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

転位の移動

τ

τ

τ

τ

τ

τ

すべり面

　刃状転位の移動

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

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

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。

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）

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

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

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。

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。

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。

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

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）

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

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

教科書の訂正

• P.34;式2.8casλ→cosλcasθ→cosθ