• Search Research Projects
  • Search Researchers
  • How to Use
  1. Back to project page

2018 Fiscal Year Annual Research Report

Novel anisotropic behavior of solid-liquid interfacial property and the related microstructure control

Research Project

Project/Area Number 16H04541
Research InstitutionHokkaido University

Principal Investigator

大野 宗一  北海道大学, 工学研究院, 准教授 (30431331)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 澁田 靖  東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (90401124)
Project Period (FY) 2016-04-01 – 2019-03-31
Keywords凝固組織 / 界面物性 / デンドライト / フェーズフィールド法 / 分子動力学法
Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は、固液界面エネルギーの異方性、すなわちデンドライト優先成長方位が合金濃度に依存することを多様な合金系において明らかにし、その学理の構築を試みるとともにその現象を利用した組織制御法を開発することにある。これらを達成するために、一方向凝固実験、フェーズフィールド法による凝固組織シミュレーション、そして分子動力学法による固液界面物性の解析を実施した。
本研究によってAl基合金、Cu基およびNi基合金においてfcc固溶体の優先成長方位が溶質添加によって変化することを見出した。また、レナードジョーンズ系の分子動力学シミュレーションに本研究で開発した固液界面解析手法を応用することで、実際に異方性強度が濃度に依存することが示された。
本年度は、優先成長方位遷移に伴う凝固組織の形態変化を特徴付ける組織形態マップの構築を定量的フェーズフィールド・シミュレーションにより実施した。昨年度作成していた等軸晶凝固の形態マップを、multi-GPUによる大規模計算によってさらに高精度化することに成功し、<100>成長、<110>成長、そして二種類のhyperbranching成長領域をより詳細に分類した。そして、その解析を一方向凝固組織にも拡張した。異方性強度、引抜速度、温度勾配、合金組成で指定される計算条件のそれぞれにおいて、熱流からの結晶の傾き角を系統的に変化させ、最も低過冷度で成長する形態を求めた。その結果、一方向凝固においては等軸晶よりも分類すべき形態が多くなることが示され、特に<100> tilt成長領域が存在することを本研究で明らかにした。このマップは今後の凝固組織制御において活用されることが期待できる。

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (7 results)

All 2019 2018

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results) Presentation (4 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Importance of microstructural evolution on prediction accuracy of microsegregation in Al-Cu and Fe-Mn alloys2019

    • Author(s)
      Munekazu Ohno, Masayoshi Yamashita, Kiyotaka Matsuura
    • Journal Title

      International Journal of Heat and Mass Transfer

      Volume: 132 Pages: 1004-1017

    • DOI

      10.1016/j.ijheatmasstransfer.2018.12.055

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] A parametric study of morphology selection in equiaxed dendritic solidification2019

    • Author(s)
      Geunwoo Kim, Tomohiro Takaki, Yasushi Shibuta, Shinji Sakane, Kiyotaka Matsuura, Munekazu Ohno
    • Journal Title

      Computational Materials Science

      Volume: 162 Pages: 76-81

    • DOI

      10.1016/j.commatsci.2019.02.027

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Advent of Cross-Scale Modeling: High-Performance Computing of Solidification and Grain Growth2018

    • Author(s)
      Yasushi Shibuta, Munekazu Ohno, Tomohiro Takaki
    • Journal Title

      Advanced Theory and Simulations

      Volume: 1 Pages: 1800065

    • DOI

      10.1002/adts.201800065

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 優先成長方位の遷移に伴う一向凝固組織の形態変化のフェーズフィールド・シミュレーション2019

    • Author(s)
      金根佑, 高木知弘、坂根慎治、澁田靖、松浦清隆、大野宗一
    • Organizer
      日本金属学会 2019年春期(第164回)講演大会
  • [Presentation] Quantitative phase-field modelling and simulations of alloy solidification with two-sided asymmetric diffusion2018

    • Author(s)
      M. Ohno, T. Takaki and Y. Shibuta
    • Organizer
      55th Annual Technical Meeting of the Society of Engineering Science (SES 2018)
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Phase-field simulation for morphological change of solidification structure with transition in preferred growth orientation2018

    • Author(s)
      G. Kim, M. Ohno, T. Takaki, Y. Shibuta and K. Matsuura
    • Organizer
      55th Annual Technical Meeting of the Society of Engineering Science (SES 2018)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Quantitative phase-field simulations for solidification microstructure with different preferred growth direction2018

    • Author(s)
      G. Kim, T. Takaki, K. Matsuura and M. Ohno
    • Organizer
      The 13th World Congressin Computational Mechanics (WCCM 2018)
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2019-12-27  

Information User Guide FAQ News Terms of Use Attribution of KAKENHI

Powered by NII kakenhi