鉄および鉄基合金の固液界面エネルギー測定

• Project/Area Number: 14655279
• Research Category: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Metal making engineering
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 鈴木 俊夫 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (70115111)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 池田 実 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助手 (50167243)
• Project Period (FY): 2002 – 2003
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2003)
• Budget Amount: ¥3,200,000 (Direct Cost: ¥3,200,000); Fiscal Year 2003: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000); Fiscal Year 2002: ¥2,200,000 (Direct Cost: ¥2,200,000)
• Keywords: 鉄基合金 / フェーズフィールドモデル / 固液界面エネルギー / 界面安定性

Research Abstract

液相および2つの固相を取り扱う多相合金系のフェーズフィールド方程式を導出した。ここでは、各相のそれぞれにフェーズフィールドを定義し、thin interface limit条件における各フェーズフィールドパラメータを求めた。このモデルを用いて鉄-炭素合金の包晶凝固過程の解析を試み、初晶δファライト界面に沿うように包晶オーステナイト相が成長すること、その成長は各相の界面エネルギーにより変化することを確認した。また、各種金属の界面エネルギーおよび界面成長カイネティクスの値およびその異方性を文献調査し、これらの値を用いた2次元フェーズフィールド解析により鉄の界面安定性パラメータを求め、0.102の値を得た。さらに、鉄のデンドライト成長速度と過冷度の関係を2次元フェーズフィールド解析結果から推定し、実験値と比較した結果、実験との良い一定を得た。また、等方的界面特性を仮定したによりデンドライト成長理論(LKTモデル)との関連を検討し、安定性パラメータとして1/4π^2を用いた場合には、両者はほぼ同じ成長速度を与えることを見出した。この結果は、LKTモデルは先端形状を正しく記述していないものの、等方界面を想定した場合の平均的デンドライト成長速度予測には有効であるとの結論を得た。なお、鉄基合金の2次元一方向急冷凝固試料の作成実験を試みたものの、試料充填時の鋳型破損、試料中の残存酸素により試料表面が酸化され、これが鋳型材料のサファイヤと反応すること、急冷時の鋳型破損等の要因により、急冷試料の作成実験には成功しなかった。このため、本研究終了後も引き続き、装置改良と実験条件の最適化を検討する予定である。