| 研究概要 |
鋳造組織予測のための合金データベースの構築を最終目的として,データベース化する際に必要な各項目を検討し,合金データベース開発のための基礎的手法の確立を行った.また,データベースのためのAl基合金の異質核生成パラメータの評価を行い,基礎的データの蓄積を行った.
1.異質核生成頻度分布の評価
データベース化する際の核生成モデルを選定するために,純Al, Al-Cu, Al-Si, Al-Fe, Al-Ti合金を試料として,K_2SO_4-Li_2SO_4溶融塩内で分散撹拌し,小粒子に分割し,各粒子の過冷度測定実験を行った.その結果,核生成頻度は過冷度の増加とともに増加し,高過冷度では減少した.これにより,通常の鋳造条件では,過冷度のべき乗に比例するモデルの適用が可能であることを確認した.
2.熱力学の応用による多成分合金の凝固伝熱解析
本研究では,各実用合金の一方向凝固実験と組織形成シミュレーションとを比較することにより,各合金の異質核生成頻度を評価し,データベースを構築することを目指している.そのためには多成分系実用合金の正確な伝熱解析が必要で,凝固時の潜熱等の物性値が必要となるが,従来その決定は困難であった.そこで,熱力学計算を応用した多成分系合金のエンタルピー法を用いた凝固伝熱解析法を開発した.これにより,多成分系合金の温度場を正確に再現し,実験結果と比較することを可能にした.
3.実用合金の核生成頻度の評価
Al基実用合金の一方向凝固実験を行った.Al-Si, Al-Cu2元系および,12種類の実用合金を対象とした.また,試料上部での核生成の影響(シャワリング)の影響を防止するために,上部を加熱した一方向凝固実験も行った.この実験で得られた柱状晶-等軸晶遷移位置を,モンテカルロ法に基づく組織予測シミュレーションで再現し,過冷度のべき乗で表した異質核生成パラメータを決定した.異質核生成パラメータは2元合金,実用合金ともSi濃度によって変化した.
このような実験室規模の一方向凝固実験に基づいて,データをさらに蓄積することにより,より大型や複雑形状の鋳物の凝固組織の予測が可能になると期待される
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