2013 Fiscal Year Annual Research Report
マイクロアロイングの科学と材料組織ベースの凝固ダイナミックスの構築
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24226018
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
安田 秀幸 京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (60239762)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
柳楽 知也 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (00379124)
吉矢 真人 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (00399601)
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| Project Period (FY) |
2012-05-31 – 2017-03-31
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| Keywords | 凝固 / 組織制御 / その場観察 / X線イメージング / マイクロアロイング |
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| Research Abstract |
本課題では、放射光を用いた凝固その場観察ならびに蛍光X線分析を用いて、凝固組織の形成（粗大化・溶断），応力下の固液共存体の力学といった凝固ダイナミクスの素過程の定量化，微量元素の役割の実証的解明により、ミクロダイナミクス（組織形成）とマクロダイナミクス（変形・偏析）を統合したモデルを構築している．
(A) その場観察による素過程の実証とモデル化：核生成の形成では、その場観察の結果に基づき、電磁浮遊法を利用した核生成モデル（成長が律速する自由成長モデル）の検証実験を行い、その妥当性を確認できた。Fe合金系におけるデルタ／ガンマ変態では、マッシブ的変態における界面形態の測定に成功し、変態時における溶質分配など変態モードに関するデータを獲得できた。固液共存体の変形では、高いひずみ速度の条件でみかけの変形が脆性的になる現象を観察できた。
(B) ミクロモデルによる補完的検証：昨年度の格子静力学による界面エネルギーの評価を発展させ、フェーズフィールド法などの手法により界面エネルギーが変態および組織形成に与える影響を評価し、観察結果と比較する基礎ができた。
(C) ミクロ/マクロ統合モデルの構築と検証：固液共存体のせん断時に生じるせん断面の法線応力について測定する手法を開発し、測定を開始した。また、固液共存体の変形の数値計算を改良し、観察結果と比較できるようになった。
(D) マイクロアロイングの科学：昨年度までに測定したSr添加Al-Si合金だけでなく、Eu添加Al-Si合金の微量元素マッピングを実施し、組織改質のモデルの一般性の検証を行った。
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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
(A)その場観察による素過程の実証とモデル化：核生成の形成では、その場観察および電磁浮遊により核生成サイトを制御した実験から成長が律速する自由成長モデルの妥当性を確認できており、核生成を用いた組織制御の指針が得られた。Fe合金系におけるデルタ／ガンマ変態では、界面移動の定量的なデータが獲得できており、変態の機構について実証的な検討ができるようになった。また、固液共存体の変形に関する観察では、鋳造プロセスに近い条件での観察も可能になった。
(B)ミクロモデルによる補完的検証：フェーズフィールド法などを用いて界面形状も含めた界面の時間発展に関する理解が得られ、デルタ／ガンマ変態のマクロ観察の理解をサポートするデータとなっている。
(C)ミクロ/マクロ統合モデルの構築と検証：その場観察、応力などの測定実験を基礎にして、マクロスケールの計算が可能なモデルの構築、さらにそれを用いた数値計算の検証を実施できている。
(D)マイクロアロイングの科学： Sr添加Al-Si合金、Eu添加Al-Si合金の微量元素マッピングの実験データから提案している組織改質モデル（マイクロアロイングによる組織制御）を検証できており、本研究の目的とした実証的モデルの構築に向かって研究を実施できている。
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| Strategy for Future Research Activity |
(A)その場観察による素過程の実証とモデル化：核生成が起こる過冷度に及ぼす異質物の影響（寸法効果など）、デンドライトアーム溶断の定量的条件、高時間分解能観察によるマッシブ変態の界面移動速度、固液共存体の変形・脆化を実験的に確認できるようになった。さらに、このような観察を進めるとともに、さらに変形応力などの同じ測定を試みる。その場観察と応力の測定を同じに実施できれば、より詳細にミクロモデルからマクロモデルへの展開が可能になる。
(B)ミクロモデルによる補完的検証：フェーズフィールド法などを用いて界面エネルギー（異方性も含めて）が組織形成に及ぼす影響を結晶粒スケールで理解することを目指し、その場観察の結果を補完する研究を推進する。これにより、その場観察（マクロスケール）と格子力学（ミクロスケール）の連携が図れると考える。
(C)ミクロ/マクロ統合モデルの構築と検証
2流体モデルを基礎とした基礎式に、実験により検証された物性を導入できつつある。数値計算による固液共存体の変形ダイナミクスを明らかにし、その場観察や実験との比較により、マクロスケールのダイナミクスを再現できる実証的なモデルに発展させることを目指す。
(D)マイクロアロイングの科学：引き続き、微量元素のマッピングを実施するが、Al合金以外の系（Sn合金、Fe合金）に対象を拡大し、微量元素と組織改質の一般性を実験的に明らかにする。これらの実験結果に基づいて、提案しているモデルを発展させる予定である。
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