2021 Fiscal Year Research-status Report
四次元その場観察による凝固組織をベースとした固液共存体の力学挙動の解明
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20K15071
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
鳴海 大翔 京都大学, 工学研究科, 助教 (20827448)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 凝固 / 鋳造 / その場観察 / 固液共存体 / マクロ偏析 / X線イメージング / トモグラフィ/4D-CT / 三次元X線回折/3DXRD |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本課題はX線イメージング技術である時間分解トモグラフィー(4D-CT)と三次元X線回折(3DXRD)を用いて、金属合金の固液共存体の変形過程における固相粒子の並進運動および回転運動を定量化し、力学挙動と内部組織の関係を定量的に明らかにすることで、固液共存体の力学モデルを構築するための基礎データの獲得を目的としている。特に、固液共存体中の固相粒子(等軸晶)の形状を粒状からデンドライト状に制御する、あるいは異方性を有する結晶を分散することで、固相粒子の形態を制御した固液共存体を観察試料に用いて、組織形態の影響を包含した固液共存体の力学モデルに向けた基礎データの獲得を目指している。
固相粒子形態を制御した固液共存体の観察：デンドライト状の等軸晶が分散したAl-Cu合金固液共存体の変形過程のその場観察を行った。液相単相の試料を冷却し、等軸デンドライトを成長させた。核生成・成長した等軸晶が固相と液相の密度差で生じた浮力により移動し、集積した時点で試料の温度を保持して圧縮試験を行い、その過程を4D-CTと3DXRDによりその場観察した。固相率は0.2-0.3程度であった。粒状の固相粒子が分散した固液共存体に比べて固相率は低いが、集積した状態の固相粒子は試料を圧下した際の力を伝搬して、粒状の固相粒子と同様に固相粒子間に力学的相互作用が働いていた。固液共存体の変形挙動は固相率とひずみ速度をパラメータとして整理されてきたが、さらに粒子形態も考慮する必要があることを実証的に明らかにした。
観察技術・解析手法の構築：固液共存体の変形過程を定量解析するにあたり、個別の固相粒子を判別(セグメンテーション)して移動をトレースする解析手法を検討した。データセットあたり1-2割に誤りがあり、マニュアルで修正して定量解析を進めている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本課題では固相粒子の形態が固液共存体の変形挙動に及ぼす影響に着目している。研究実績として、粒状、デンドライト状の固相粒子が分散した固液共存体の変形過程のその場観察を行い、固相粒子の形態が固液共存体の変形挙動に影響を及ぼしていることを実証的に明らかにしており、研究の目標の一部を達成している。
また、本課題により得られた成果を学会等で発表している。開催は次年度ではあるが、関連分野の国際学会での発表も予定されている。
以上の理由によりおおむね順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度が本研究課題の最終年度であり、研究の継続とともに取りまとめも行う。また、今後の研究の発展に向けて実験上の課題や学術的な問いについても明確化する。
固相粒子形態を制御した固液共存体の観察： 異方性の高い結晶が分散した固液共存体を用いた変形過程のその場観察を行う。試料としてはSi-Al合金またはSiCを分散したSi合金を予定している。獲得されたデータに基づき、固相粒子の形態が固液共存体の変形挙動に及ぼす影響を明らかにする。
固液共存体の変形過程の定量解析手法の構築：固相粒子のセグメンテーションと移動をトレースをするためにロバスト性の高い解析アルゴリズムが必要である。テンプレートマッチングなど複数の手法を検討を進める予定である。
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| Causes of Carryover |
本研究の成果を発表するためにオンサイトで参加予定であった国内学会(2022年3月)が、開催直前にハイブリッド(オンサイト+オンライン)からオンライン開催に変更されたことで出張がキャンセルとなり、次年度使用額が生じた。
次年度に欧州で開催される国際学会(2022年6月)に本研究成果発表のためにオンサイトで参加予定であり、次年度使用額を国際学会参加の経費としての使用を計画している。この国際学会は開催がほぼ決定されている。
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