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2023 Fiscal Year Annual Research Report

超温度場の非定常凝固が生み出す不均一組織記述子の創出

Publicly Offered Research

Project AreaCreation of Materials by Super Thermal Field: Neo-3D printing by Manipulating Atomic Arrangement through Giant Potential Gradient
Project/Area Number 22H05281
Research InstitutionNagoya University

Principal Investigator

鈴木 飛鳥  名古屋大学, 工学研究科, 助教 (90802603)

Project Period (FY) 2022-06-16 – 2024-03-31
Keywords粉末床溶融結合法 / パーシステントホモロジー / Al-Si合金 / 熱処理 / 組織不均一性 / 記述子
Outline of Annual Research Achievements

本年度は,レーザ粉末床溶融結合(L-PBF)法で作製したAl-12Si (mass%)合金およびそれに熱処理(200℃~530℃)を施した試料の組織をFE-SEMにより観察した. L-PBF造形Al-12Si合金は,初晶α相をα/Si共晶組織が包囲するセル状組織形態を有する.この組織形態は,熱処理を施すことで変化し,530℃の熱処理によってSi粒子が分散した組織形態へと変化する.こうした大きく異なる組織形態を定量化するために,パーシステントホモロジー(PH)解析を行った.0次PH解析からは,熱処理に伴うSi粒子のサイズおよび粒子間距離が大きくなることに加えて,大きなSi粒子の近くにはSi粒子が少ないといったSi粒子分布に関する情報が定量化された.1次PH解析から,組織形態を表現する記述子として,第一主成分の傾きを解析した.この指標を用いることで,熱処理に伴って,組織形態がセル状および粒子分散のどちらにより近いかを定量的に議論できる.また,PH解析から得られた組織の記述子は,一般的な組織の記述子よりも合金の引張強度とよく相関することが明らかとなった.
また,L-PBF造形したAl-12Si合金は溶融池スケールでの組織の不均一性を有し,それに起因して引張延性に異方性が生じることが知られている.加えて,組織の不均一性および引張延性の異方性は熱処理に伴って低減する.そこで,上述のPH解析によって得られた組織の記述子を溶融池内部と境界付近でそれぞれ解析し,内部に対する境界の変化率を定量化した.この変化率と引張延性の間には良い相関が認められ,L-PBF造形材が有する引張延性の異方性に影響する組織不均一性を表現する記述子を見出すことができた.

Research Progress Status

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (8 results)

All 2023

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 2 results) Presentation (6 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Persistent Homology Analysis of the Microstructure of Laser-Powder-Bed-Fused Al-12Si Alloys2023

    • Author(s)
      Asuka Suzuki, Yusuke Sasa, Makoto Kobashi, Masaki Kato, Masahito Segawa, Yusuke Shimono, Sukeharu Nomoto
    • Journal Title

      Materials

      Volume: 16 Pages: 7228

    • DOI

      10.3390/ma16227228

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] 機械学習を活用した金属積層造形のプロセスパラメータ設計2023

    • Author(s)
      鈴木飛鳥
    • Journal Title

      まてりあ

      Volume: 62 Pages: 464

    • DOI

      10.2320/materia.62.464

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] レーザ粉末床溶融結合したAl-Si合金の微視組織に対するパーシステントホモロジー解析2023

    • Author(s)
      鈴木飛鳥,小橋眞
    • Organizer
      日本鉄鋼協会2023年秋季(第186回)講演大会
  • [Presentation] レーザ粉末床溶融結合したSi濃度の異なるAl-Si合金の微視組織とその不均一性2023

    • Author(s)
      佐々侑祐,鈴木飛鳥,高田尚記,小橋眞,加藤正樹
    • Organizer
      日本金属学会2023年秋期(第173回)講演大会
  • [Presentation] Effect of Si content on crystal grain morphology and orientations in laser powder bed fused Al-Si alloys2023

    • Author(s)
      Yusuke Sasa, Mai Kunieda, Asuka Suzuki, Naoki Takata, Makoto Kobashi, Masaki Kato
    • Organizer
      Thermec’2023
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Machine-learning assisted process parameter optimizations for laser powder bed fusion of WC/Co composites2023

    • Author(s)
      Asuka Suzuki, Yusuke Shiba, Hiroyuki Ibe, Naoki Takata, Makoto Kobashi
    • Organizer
      Thermec’2023
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Variations in Microstructural Morphology and Crystallographic Texture of Laser Powder Bed Fused Al-Si Alloys with Si Concentration and Laser Conditions2023

    • Author(s)
      Yusuke Sasa, Mai Kunieda, Asuka Suzuki, Naoki Takata, Makoto Kobashi, Masaki Kato
    • Organizer
      The 1st International conference on Creation of Materials by Superthermal Field 2023 (CMSTF2023)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Machine learning-aided laser parameter optimization and thermal conduction simulations for laser powder bed fusion of WC/Co composites2023

    • Author(s)
      Asuka Suzuki, Yusuke Shiba, Hiroyuki Ibe, Naoki Takata, Makoto Kobashi
    • Organizer
      The 1st International conference on Creation of Materials by Superthermal Field 2023 (CMSTF2023)
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2024-12-25  

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