2015 Fiscal Year Annual Research Report
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25420788
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| Research Institution | Akita University |
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Principal Investigator |
大笹 憲一 秋田大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (90111153)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | Al基合金 / デンドライト組織 / フラクタル次元 / 無次元周囲長 / 部分凝固時間 / 1/3乗則 / 透過率 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
Al-Si，Al-Cu合金の一方向凝固実験を行い，柱状晶，CE），等軸晶領域となる試料を作成し，縦断面，斜断面および横断面のフラクタル次元を測定した．フラクタル次元は部分凝固時間の1/3乗に負の相関を持って連続的に減少した．部分凝固時間が同じであれば各断面のフラクタル次元は等しい値となることが分かった．この結果は従来デンドライト2次枝間隔から推定していた部分凝固時間が，2次枝間隔測定が困難な条件でも簡便に求めることが出来る可能性を示している．
デンドライト組織形態を評価するパラメータとしてフラクタル次元とともに無次元周囲長の有効性について検討した．従来の単一デンドライトに対する無次元周囲長の定義を拡張し，実組織の断面に2次元的に観察される複数の初晶の総面積とその総周囲長を測定し，その総面積と等しい円の周囲長と測定した総周囲長との比として新たに定義した．
H27年度は鋳型材質の異なる3種類の鋳型を用いて冷却速度を変化させることにより異なるフラクタル次元および無次元周囲長の組織形態を有する試料から引っ張り試験片を作成し，引っ張り試験を行った．フラクタル次元および無次元周囲長が増加すると，引っ張り強さが増加した．この結果，フラクタル次元および無次元周囲長から金属材料の機械的特性を予測出来る可能性が示された．
一方向凝固した試料の無次元周囲長から共晶凝固時の固相率における固液共存体の透過率を求めた．固液共存体の毛細管モデルに基づき，モデル中の液相チャンネルの曲がり具合を表すパラメータ（tortuosity factor）に実測した無次元周囲長を適用することにより透過率を求めた．一方向凝固した試料は底部から試料上部に距離に沿って無次元周囲長が減少し，それと共に透過率は増加した．以前に報告されている実験で求めた透過率値は今回得られた透過率の範囲内に存在し，本手法の妥当性が示された．
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