| 研究概要 |
本研究の目的は,一方向凝固過程においてニッケル基合金の結晶がどのように選択されて、単結晶化されていくかという機構を明かにすることである。そこで、純ニッケル、ニッケルとアルミニウムおよびクロムの固溶体を、セレクターを用いた一方向凝固法により単結晶化させた。得られた円柱状の鋳物は水冷チル板を接したスタータ部、セレクター部および単結晶部からなる。結晶の選択、優先成長を観察するため、スタータ部に存在する結晶について検討を行ない、以下のようなことを明らかにした。(1)スタータ部は等軸晶および柱状晶粒から成り、ランダム方位を有する等軸晶粒は生成と消滅を繰り返しつつ、凝固の進行と共にその数は減少した。一方、等軸晶から柱状晶粒への遷移領域で猛烈な結晶選択が生じた。(2)柱状晶域において、ある結晶が隣接結晶を侵食して優先成長するか否かは、各結晶相互間でのデンドライトの方位関係によって定まり、必ずしも凝固方向と<001>が一致した単結晶は得られなかった。(3)セレクターの役割は、セレクター直下に位置し、その占める面積が最も大きい結晶を選択することである。
さらに、デンドライト成長をシミュレートする結晶粒形状モデルについても検討した。以下、その手順について述べる。デンドライト先端を結んでできる面を用いてデンドライト粒を定義した。結晶核の初期形状を半球状とし、球面上に一定数の成長点を仮定した。各結晶は成長点での法線ベクトル方向に成長し、成長速度は直交する3つのデンドライト方向(<100>)の速度の法線ベクトル成分として求めた。ある結晶の成長点が、別の結晶あるいは鋳型壁と衝突した場合、その結晶の成長を停止させた。計算には、熱移動、元素の拡散および再分配、凝固、デンドライト粒成長、結晶粒の衝突を組み込み、結晶粒形状の変化を予測する方法を確立した。現在、本シミュレーションの高精度化中である。
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