パイエルス応力とは

正解：C. フェライト系の炭素鋼(BCC)

BCC金属では、転位を動かすのに必要な応力(パイエルス応力)が温度の低下とともに急に大きくなるため、低温では降伏する前にへき開破壊が起こり、シャルピー衝撃試験の吸収エネルギーがある温度域で急に下がります。これが延性脆性遷移で、フェライト系の炭素鋼が代表例です。FCCのオーステナイト系ステンレス鋼やアルミニウム合金はすべり系が多く、低温でも転位が動きやすいため、はっきりした遷移を示さず、液化ガスのタンクなどの低温用途に使われます。遷移温度は結晶粒の微細化で下がり、中性子照射などで上がります。

正解：C. BCC金属のらせん転位の芯は複数の面に広がって動きにくく、格子の抵抗を熱の揺らぎの助けで越えるので、低温ほど大きな応力が要るから

BCC金属のらせん転位の芯は、1つの面に平らに広がらず、いくつかの{110}面にまたがる立体的な形をとるので、格子が転位に及ぼす抵抗であるパイエルス応力が大きくなります。転位は熱の揺らぎに助けられてこの山を少しずつ越える(キンク対の形成)ので、温度が下がると助けが減り、降伏応力が急に上がります。これがBCCの鋼の延性脆性遷移の一因です。FCC金属の転位は最密面に平らに拡張していてパイエルス応力が小さく、降伏応力の温度依存は小さくなります。低温で降伏応力が下がるとする選択肢は事実と逆で、炭素や窒素を除いた高純度のBCC金属でも同じ温度依存が現れるので、コットレル雰囲気をおもな原因とする選択肢も誤りです。