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フェーズフィールド法によるミクロ組織の定量化と構造材料の新しい設計指針の提示

Research Project

Project/Area Number 09J08669
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Structural/Functional materials
Research InstitutionNagoya Institute of Technology (2011)
Nagoya University (2009-2010)

Principal Investigator

塚田 祐貴  名古屋工業大学, 大学院・工学研究科, 助教

Project Period (FY) 2009 – 2011
Project Status Completed (Fiscal Year 2011)
Budget Amount *help
¥2,100,000 (Direct Cost: ¥2,100,000)
Fiscal Year 2011: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2010: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2009: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Keywordsフェースフィールド法 / ニッケル基超合金 / 高温クリープ / 原子拡散 / 界面モビリティ / 拡散モビリティ / レニウム / フェーズフィールド法 / 弾塑性 / 流れ則 / クリープ理論 / ミクロ組織 / ラフト構造 / 耐熱鋼 / マイクロメカニクス / 相変態 / 核生成理論
Research Abstract

本研究は、フェースフィールド法により高温構造材料のミクロ組織形成をモデル化し、ミクロ組織制御に基づく材料設計基盤を構築することを目的とする。本年度は、前年度までに得られたニッケル基超合金における高温クリープ中のミクロ組織形成シミュレーション結果を基に、ミクロ組織変化と原子拡散現象の相関について検討した。まず、シミュレーション結果と実用合金CMSX-4の高温クリープ中のミクロ組織変化を比較することにより、母相(γ)と折出相(γ')の異相界面モビリティを算出した。次に、原子拡散係数データベースおよび平衡状態図の熱力学データベースを基に整備されている既存の拡散モビリティデータベースを利用し、CMSX-4合金の構成元素の拡散モビリティを算出した。以上の結果を用いて、シミュレーションにより得られたγ/γ'界面モビリティと構成元素の拡散モビリティの相関を検討した結果、実用合金におけるγ/γ'界面移動すなわちミクロ組織変化は、レニウム(Re)の拡散に律速されることが明らかとなった。レニウム(Re)はCMSX-4の構成元素の中で拡散モビリティが最も小さい元素である。これらの結果は、レニウム(Re)の添加が高温でのミクロ組織変化抑制の一役を担っていることを示唆している。以上の解析はすべて母相(γ)の拡散モビリティデータベースに基づいているが、今後、折出相(γ')について多元系データベースが整備されれば、フェーズフィールド法に基づくミクロ組織形成シミュレーションの精度がさらに向上することが期待される。

Report

(3 results)
  • 2011 Annual Research Report
  • 2010 Annual Research Report
  • 2009 Annual Research Report
  • Research Products

    (20 results)

All 2012 2011 2010 2009

All Journal Article (9 results) (of which Peer Reviewed: 6 results) Presentation (11 results)

  • [Journal Article] Phase Field Simulation of the Collapse of the Rafted Structure in Ni-Based Superalloys2012

    • Author(s)
      Toshiya Tanimoto, Yuhki Tsukada, Yoshinori Murata, Toshiyuki Koyama
    • Journal Title

      Defect and Diffusion Forum

      Volume: Vols.326-328 Pages: 446-451

    • DOI

      10.4028/www.scientific.net/ddf.326-328.446

    • Related Report
      2011 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Creep deformation and rafting in nickel-based superalloys simulated by the phase-field method using classical flow and creep theories2011

    • Author(s)
      Yuhki Tsukada, Yoshinori Murata, Toshiyuki Koyama, Nobuhiro Miura, Yoshihiro Kondo
    • Journal Title

      Acta Materialia

      Volume: Vol.59 Issue: 16 Pages: 6378-6386

    • DOI

      10.1016/j.actamat.2011.06.050

    • Related Report
      2011 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Type304鋼の高温クリープにおける転位のひずみエネルギーと相変態との相関2011

    • Author(s)
      塚田祐貴、白木厚寛、村田純教、高屋茂、永江勇二、小山敏幸
    • Journal Title

      日本学術振興会耐熱金属材料第123委員会研究報告

      Volume: Vol.52 Pages: 215-225

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      2011 Annual Research Report
  • [Journal Article] フェーズフィールドシミュレーションに基づくNi基超合金のラフト構造の安定性とその要因2011

    • Author(s)
      谷本憲哉、塚田祐貴、村田純教、小山敏幸、三浦信祐、近藤義宏
    • Journal Title

      日本学術振興会耐熱金属材料第123委員会研究報告

      Volume: Vol.52 Pages: 415-425

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      2011 Annual Research Report
  • [Journal Article] ニッケル基超合金におけるミクロ組織形成とフェーズフィールドシミュレーション2011

    • Author(s)
      塚田祐貴、村田純教、小山敏幸、三浦信祐、近藤義宏
    • Journal Title

      日本学術振興会耐熱金属材料第123委員会研究報告

      Volume: Vol.52 Pages: 427-437

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  • [Journal Article] Precipitation of ferromagnetic phase induced by defect energies during creep deformation in Type 304 austenitic steel2010

    • Author(s)
      Yuhki Tsukada, Atsuhiro Shiraki, Yoshinori Murata, Shigeru Takaya, Toshiyuki Koyama, Masahiko Morinaga
    • Journal Title

      Journal of Nuclear Materials

      Volume: 401 Pages: 13-16

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  • [Journal Article] Phase-field simulation of nucleation and growth of M_<23>C_6 carbide and ferromagnetic phases during creep deformation in Type 304 steel2010

    • Author(s)
      Yuhki Tsukada, Atsuhiro Shiraki, Yoshinori Murata, Shigeru Takaya, Toshiyuki Koyama, Masahiko Morinaga
    • Journal Title

      Journal of Nuclear Materials

      Volume: 401 Pages: 154-158

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  • [Journal Article] Phase-Field Simulation on Phase Transformation during Creep Deformation in Type 304 Steel2010

    • Author(s)
      Yuhki Tsukada, Atsuhiro Shiraki, Yoshinori Murata, Shigeru Takaya, Toshiyuki Koyama, Masahiko Morinaga
    • Journal Title

      Materials Science Forum

      Volume: 654-656 Pages: 492-495

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      2010 Annual Research Report
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  • [Journal Article] Phase-Field Simulation on Coarsening of the Y' Phase Particles in Ni-Based Superalloys Considering Elastic Inhomogeneity2010

    • Author(s)
      Yuhki Tsukada, Yoshinori Murata, Toshiyuki Koyama, Masahiko Morinaga
    • Journal Title

      Defect and Diffusion Forum Vols.297-301

      Pages: 376-383

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  • [Presentation] ニッケル基超合金におけるミクロ組織形成シミュレーションと異相界面の易動度2012

    • Author(s)
      塚田祐貴、小山敏幸、村田純教
    • Organizer
      日本金属学会2012年春期大会
    • Place of Presentation
      横浜国立大学
    • Year and Date
      2012-03-30
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  • [Presentation] ニッケル基単結晶超合金におけるミクロ組織変化とクリープ強度2012

    • Author(s)
      村田純教、塚田祐貴
    • Organizer
      日本鉄鋼協会第163回春季講演大会シンポジウム「非線形現象を利用した非破壊的損傷評価」
    • Place of Presentation
      横浜国立大学
    • Year and Date
      2012-03-29
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      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] Phase Field Simulation of the Collapse of the Rafted Structure in Ni-Based Superalloys2011

    • Author(s)
      Toshiya Tanimoto, Yuhki Tsukada, Yoshinori Murata, Toshiyuki Koyama
    • Organizer
      The Seventh International Conference on Diffusion in Solids and Liquids
    • Place of Presentation
      Algarve, Portugal
    • Year and Date
      2011-06-28
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      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] Phase-Field Simulation of Microstructure Evolution in Ni-Based Superalloys2010

    • Author(s)
      Yuhki Tsukada, Yoshinori Murata, Toshiyuki Koyama, Masahiko Morinaga
    • Organizer
      The Ninth Liege Conference on Materials for Advanced Power Engineering
    • Place of Presentation
      リエージュ(ベルギー)
    • Year and Date
      2010-09-27
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      2010 Annual Research Report
  • [Presentation] Destabilization of the Rafted Structure during Creep in Ni-Based Superalloys Simulated by Phase-Field Method2010

    • Author(s)
      Yuhki Tsukada, Yoshinori Murata, Toshiyuki Koyama, Masahiko Morinaga
    • Organizer
      Superalloys
    • Place of Presentation
      ウェスティンホテル淡路(兵庫県)
    • Year and Date
      2010-09-14
    • Related Report
      2010 Annual Research Report
  • [Presentation] Phase-Field Simulation on Phase Transformation during Creep Deformation in Type 304 Steel2010

    • Author(s)
      Yuhki Tsukada, Atsuhiro Shiraki, Yoshinori Murata, Shigeru Takaya, Toshiyuki Koyama, Masahiko Morinaga
    • Organizer
      The Seventh Pacific Rim International Conference on Advanced Materials and Processing
    • Place of Presentation
      ケアンズ(オーストラリア)
    • Year and Date
      2010-08-06
    • Related Report
      2010 Annual Research Report
  • [Presentation] Ni基超合金の高温クリープ変形における局所的な塑性変形とラフト構造の形成2010

    • Author(s)
      塚田祐貴、、村田純教、森永正彦、小山敏幸
    • Organizer
      日本金属学会2010年春期(第146回)大会
    • Place of Presentation
      筑波大学
    • Year and Date
      2010-03-29
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      2009 Annual Research Report
  • [Presentation] SUS304鋼におけるクリープひずみに起因する強磁性相生成のPhase-fieldシミュレーション2009

    • Author(s)
      塚田祐貴、白木厚寛、村田純教、小山敏幸、高屋茂、森永正彦
    • Organizer
      日本機械学会第22回計算力学講演会
    • Place of Presentation
      金沢大学
    • Year and Date
      2009-10-11
    • Related Report
      2009 Annual Research Report
  • [Presentation] SUS304鋼中のM_<23>C_6炭化物および強磁性相成のPhase-fieldシミュレーション2009

    • Author(s)
      塚田祐貴、白木厚寛、村田純教、森永正彦、小山敏幸、高屋茂
    • Organizer
      日本鉄鋼協会第158回秋季講演大会
    • Place of Presentation
      京都大学
    • Year and Date
      2009-09-16
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      2009 Annual Research Report
  • [Presentation] SUS304鋼のクリープ変形における強磁性相生成のPhasa-fieldシミュレーション2009

    • Author(s)
      塚田祐貴、白木厚寛、村田純教、森永正彦、高屋茂、小山敏幸
    • Organizer
      日本保全学会第6回学術講演会
    • Place of Presentation
      ホテルニューオータニ札幌
    • Year and Date
      2009-08-05
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      2009 Annual Research Report
  • [Presentation] Phase-Field Simulation on Coarsening of the Y' Phase Particles in Ni-Based Superalloys Considering Elastic Inbomogeneity2009

    • Author(s)
      Yuhki Tsukada, Yoshinori Murata, Toshiyuki Koyama, Masahiko Morinaga
    • Organizer
      The Fifth International Conference on Diffusion in Solids and Liquids
    • Place of Presentation
      Rome, Italy
    • Year and Date
      2009-06-26
    • Related Report
      2009 Annual Research Report

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Published: 2009-04-01   Modified: 2024-03-26  

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