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Elucidation of mechanism for semi-solid deformation causing dilatancy

Research Project

Project/Area Number 16H04546
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Research Field Metal making/Resorce production engineering
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

Nagira Tomoya  大阪大学, 接合科学研究所, 准教授 (00379124)

Project Period (FY) 2016-04-01 – 2020-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2019)
Budget Amount *help
¥16,900,000 (Direct Cost: ¥13,000,000、Indirect Cost: ¥3,900,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Fiscal Year 2018: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
Fiscal Year 2017: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
Fiscal Year 2016: ¥8,320,000 (Direct Cost: ¥6,400,000、Indirect Cost: ¥1,920,000)
Keywords鋳造欠陥 / その場観察 / せん断変形 / ダイラタンシー / 放射光 / 固液共存体 / 凝固割れ / せん断帯 / 高温割れ / 変形挙動
Outline of Final Research Achievements

Synchrotron X-ray radiography was used to study tensile and compressive deformations of semi solid Al-Cu and Fe-C alloys. In the case of tensile deformation of Al-Cu sample, tensile deformation was localized in the high strain region, resulting in the formation of internal cracking in the plane normal to the tensile axis. On the other hand, in the case of compressive deformations of Al-Cu and Fe-C samples, rearrangement of solid particles including translation and rotation caused the shear induced dilation at the shear domains. Shear fracture finally occurred due to inadequate liquid flow into the expanding spaces between solid particles caused by shear-induced dilation. The solid/solid interaction including impingement between solid particles and rearrangement has significant role in the compressive deformation. These observations demonstrated that the mechanism of cracking formations induced by compressive deformation was totally different from that in the tensile deformation.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

放射光の高輝度X線を利用して、ダイラタンシー(みかけの体制膨張)が発現する金属合金の固液共存体の特異な変形挙動をミクロンスケールでその場観察することに成功した。圧縮、引張、せん断による変形挙動をそれぞれ調査し、変形モードによって起こる組織変化、欠陥形成機構が大きく異なることを示した。本研究成果は、鋳造欠陥の形成機構の解明だけでなく、固体力学、流体力学とも異なる固液共存体の力学体系の構築にとって学術的な意義がある。また、実際の製造プロセスである連続鋳造法などで発生する鋳造欠陥の抑制にとって有用な知見を与えると期待される。

Report

(5 results)
  • 2019 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2018 Annual Research Report
  • 2017 Annual Research Report
  • 2016 Annual Research Report
  • Research Products

    (21 results)

All 2019 2018 2017 2016

All Journal Article (3 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 1 results) Presentation (18 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 5 results)

  • [Journal Article] Semi-solid deformation of Al-Cu alloys: A quantitative comparison between real-time imaging and coupled LBM-DEM simulations2018

    • Author(s)
      T.C. Su, C. O'Sullivan, T. Nagira, H. Yasuda, C.M. Gourlay
    • Journal Title

      Acta Materialia

      Volume: 163 Pages: 208-225

    • DOI

      10.1016/j.actamat.2018.10.006

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] <i>In Situ</i> Observations of Tensile and Compressive Deformations in Semi Solid Metallic Alloys Using Time-resolved X-ray Imaging2017

    • Author(s)
      柳楽 知也、安田 秀幸、宇野木 諒、森下 浩平、杉山 明、吉矢 真人、上杉 健太朗
    • Journal Title

      Tetsu-to-Hagane

      Volume: 103 Issue: 12 Pages: 668-677

    • DOI

      10.2355/tetsutohagane.TETSU-2017-064

    • NAID

      130006230141

    • ISSN
      0021-1575, 1883-2954
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Dilatancy in semi-solid steels at high solid fraction2017

    • Author(s)
      K. M. Kareh, C. O'Sullivan, T. Nagira, H. Yasuda, C.M. Gourlay
    • Journal Title

      Acta Mater.

      Volume: 125 Pages: 187-195

    • DOI

      10.1016/j.actamat.2016.11.066

    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] 高輝度X 線(接合研~SPring-8)を利用した溶接・接合研究2019

    • Author(s)
      柳楽 知也, 藤井 英俊
    • Organizer
      第16回産学連携シンポジウム
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      2019 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] In situ observation of solidification cracking for stainless steel during TIG welding using synchrotron X-ray imaging2019

    • Author(s)
      T. Nagira, D. Yamashita, M. Kamai, H. Fujii
    • Organizer
      Visual-JW 2019 and WSE 2019
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      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 放射光を利用したTIG溶接中の凝固割れの進展過程のその場観察2019

    • Author(s)
      柳楽知也、山下大輔、釜井正善、藤井英俊
    • Organizer
      2020年金属学会春期(第166回)講演大会
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  • [Presentation] X線イメーシングを利用したAl-Cu合金のTIG溶接時に発生する凝固割れのその場観察2018

    • Author(s)
      山下 大輔、柳楽 知也、釜井 正善、青木 祥宏、劉 恢弘、藤井 英俊
    • Organizer
      溶接学会平成30年度春季全国大会
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  • [Presentation] 高輝度X線を利用したその場観察によるAl-Cu合金のTIG溶接で生じる凝固割れの形成機構の解明2018

    • Author(s)
      山下 大輔、柳楽 知也、釜井 正善、青木 祥宏、劉 恢弘、藤井 英俊
    • Organizer
      軽金属溶接協会2018年度年次講演大会
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  • [Presentation] ステンレス鋼のTIG溶接時の凝固割れ2018

    • Author(s)
      山下 大輔、柳楽 知也、釜井 正善、青木 祥宏、劉 恢弘、藤井 英俊
    • Organizer
      溶接学会平成30年度秋季全国大会
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  • [Presentation] TIG溶接時におけるステンレス鋼の凝固割れのその場観察2018

    • Author(s)
      山下 大輔、柳楽 知也、釜井 正善、青木 祥宏、劉 恢弘、藤井 英俊
    • Organizer
      日本鉄鋼協会第176回秋季講演大会
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  • [Presentation] 金属合金の固液共存体の変形による凝固割れのその場観察2018

    • Author(s)
      柳楽知也
    • Organizer
      第13回SPring-8金属材料評価研究会
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    • Invited
  • [Presentation] 放射光を利用した金属合金の固液共存体の変形による凝固割れのその場観察2018

    • Author(s)
      柳楽知也、安田秀幸、森下浩平、吉矢真人、
    • Organizer
      第229回溶接冶金研究委員会
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    • Invited
  • [Presentation] 炭素鋼における固液共存体の圧縮変形挙動のその場観察2017

    • Author(s)
      柳楽知也、宇野木諒、安田秀幸、森下浩平、杉山明、吉矢真人
    • Organizer
      日本鉄鋼協会第173回春季講演大会
    • Place of Presentation
      首都大学東京、東京
    • Year and Date
      2017-03-15
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      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] Al-Cu合金における固液共存体のせん断変形時の力学特性と組織の関係2017

    • Author(s)
      柳楽知也、安田秀幸、森下浩平、東森稜、杉山明、吉矢真人、上杉健太朗
    • Organizer
      日本鉄鋼協会第174回秋季講演大会
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      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] 金属合金の固液共存体の変形による高温割れのその場観察2017

    • Author(s)
      柳楽知也、安田秀幸、森下浩平、杉山明、吉矢真人、上杉健太朗
    • Organizer
      日本学術振興会鋳物第24委員会 鋳造プロセス分科会第18回会議
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      2017 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Al-Cu合金における音響流が凝固組織に及ぼす影響2017

    • Author(s)
      柳楽知也、安田秀幸、中塚憲章、上杉健太朗
    • Organizer
      軽金属学会第133回秋期大会
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      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] 放射光を利用した固液共存体の変形による凝固割れのその場観察2016

    • Author(s)
      柳楽知也
    • Organizer
      日本鋳造工学会 東海支部 鋳造先端プロセス研究部会
    • Place of Presentation
      愛知県産業労働センター、愛知県
    • Year and Date
      2016-10-14
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Al-Cu合金の固液共存体の変形による凝固割れのその場観察2016

    • Author(s)
      柳楽知也、安田秀幸、森田周吾、柳井森吾、杉山明、吉矢真人、上杉健太朗
    • Organizer
      日本鋳造工学会第168回全国講演大会
    • Place of Presentation
      高知市文化プラザかるぽーと、高知県
    • Year and Date
      2016-09-23
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      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] Al-Cu合金における固液共存体の引張および圧縮変形挙動のその場観察2016

    • Author(s)
      柳楽知也、宇野木諒、安田秀幸、森下浩平、杉山明、吉矢真人、上杉健太朗
    • Organizer
      日本鉄鋼協会第172回秋季講演大会
    • Place of Presentation
      大阪大学豊中キャンパス、大阪府
    • Year and Date
      2016-09-21
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      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] Impact of grain morphology on semi-solid deformation behaviors2016

    • Author(s)
      T. Nagira, T. Ito, H. Yasuda, A. Sugiyama, C. Gourlay, M. Yoshiya, K. Uesugi
    • Organizer
      9 th Pacific Rim International Conference on Advanced Materials and Processing (PRICM9)
    • Place of Presentation
      Kyoto Internatioal Conference Center, Kyoto
    • Year and Date
      2016-08-01
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 放射光を利用したAl合金における固液共存体の引張変形による凝固割れのその場観察2016

    • Author(s)
      柳楽知也、安田秀幸、森下浩平、吉矢真人
    • Organizer
      製鋼19委員会凝固プロセス研究会第70回会議
    • Place of Presentation
      道民活動センタービル、北海道
    • Year and Date
      2016-05-30
    • Related Report
      2016 Annual Research Report

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Published: 2016-04-21   Modified: 2021-02-19  

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