X線吸収・回折を利用した動的凝固界面現象のミクロ・マクロ直接観察と凝固機構の解明

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11305054
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 大中 逸雄 大阪大学, 大学院・工学研究科, 教授 (00029092)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 川崎 宏一 新居浜工業高等専門学校, 数理科, 教授 (70290814) ; 朱 金東 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助手 (50243176) ; 安田 秀幸 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (60239762)
• Keywords: 鋳造欠陥 / 組織予測 / 直接観察 / X線透過法 / 欠陥予測 / コンピューターシミュレーション

Research Abstract

溶湯の鋳型内での湯流れをシミュレートするための手法について従来法の問題点とその問題点を克服でき、かつ鋳造シミュレーションと実用的な計算時間内で精度のよい評価が可能な手法について開発を行った。
課題とされた問題は湯口などの直交座標から傾いた狭い空間を溶湯が流れる際に運動量保存則などの基礎式の解法に精度の問題が生じ、圧力分布、流動速度に大きな誤差を生じることであった。実用を考えた場合に湯口からの溶湯が流れる空間はほとんどの場合湾曲しており、この課題を解決することは重要である。本研究ではこれまで行ってきた直交要素の特徴を維持し、かつ、非直交要素の柔軟な形状の再現性を取り入れた手法を試行しながら開発した。これまでに行った2次元の湯流れ解析では従来の手法よりも精度のよいシミュレーションがより短い計算時間で可能でになり、湯口付近における流動解析の課題を解決できた。さらに、より複雑な鋳造条件を満足する3次元への拡張への展開を始めている。
マイクロフォーカスX線および放射光を利用して行い、Al合金のポロシティ生成の直接観察が可能になった。、鋳造欠陥形成の機構解明・発生場所予測のために、ポロシティの発生位置の把握などのデータが蓄積され、酸化皮膜の巻き込みの影響を考慮する必要があることが明らかになった。直接観察の結果と、酸化物の巻き込み・核生成サイトを考慮したシミュレーションの開発を行っている。

Research Products

• [Publications] I.Ohnaka: "Modeling of fluid-particles two-phase flow"Proc.of Modeling of Casting and Solidification Processes IX. 183-190 (2000)
• [Publications] S.Kashiwai: "Effects of Viscosity and Solidification on Mold Filling Behavior"Proc.of Modeling of Casting and Solidification Processes IX. 326-333 (2000)
• [Publications] J.D.Zhu: "A New Simulation Method of Mold Filling by Using Regular and Irregular-Mixed Elements"Proc.of Modeling of Casting and Solidification Processes IX. 428-435 (2000)
• [Publications] 朱金東: "消失模型鋳造法における棒状アルミニウム鋳物の湯流れ挙動観察"鋳造工学. 72. 715-719 (2000)
• [Publications] 長坂悦敬: "鋳造品の形状特徴抽出法に関する基礎的検討"鋳造工学. 72. 703-708 (2000)
• [Publications] I.Ohnaka: "Computer Simulation of Casting-Recent Development-"2nd Int.Conf.on Processing.Materials for Properties. 1043-1048 (2000)