| 研究課題/領域番号 |
21K04687
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分26040:構造材料および機能材料関連
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| 研究機関 | 名古屋大学 |
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研究代表者 |
塚田 祐貴 名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (00620733)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2023年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2022年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2021年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
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| キーワード | 粒界偏析 / 多成分系合金 / ニッケル基超合金 / オーステナイト系ステンレス鋼 / ハイエントロピー合金 / マグネシウム合金 / ソリュートドラッグ / フェーズフィールド法 / ニッケル基合金 / 溶質原子 / 粒界相 / 耐熱材料 / 計算材料科学 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
溶質原子の粒界偏析は材料特性を左右する重要な材料組織因子の一つと考えられる。粒界偏析を予測する熱力学モデルに粒界相モデルがある。本研究では、計算状態図の熱力学データベースを用いて、粒界相モデルに基づく多成分系合金の粒界偏析予測プログラムを開発する。多成分系耐熱合金の粒界偏析量の予測値を文献データと比較し、粒界偏析予測の妥当性を評価する。また、実用耐熱合金について、温度、析出強化相の体積分率、粒界の組成とクリープ強度の関係を機械学習モデルにより回帰し、クリープ強度に及ぼす粒界偏析の重要度を数値化する。
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| 研究成果の概要 |
計算状態図の熱力学データベースを用いて多成分系合金の粒界組成を予測するプログラムを開発した。複数の多成分系合金について、粒界組成の予測値が文献データ（実験値）と一致することを示した。また、結晶粒径が10μm以下の場合、粒界組成計算において粒界体積率の影響を考慮する必要があることを示した。32種類のニッケル基超合金の粒界組成を予測し、その結果を説明変数に用いてクリープ強度予測モデルを構築した結果、ホウ素の粒界偏析がニッケル基超合金のクリープ強度の上昇に有効であることが明らかとなった。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
計算状態図の熱力学データベースを用いて多成分・多相系の粒界組成の温度依存性を計算できることが示された意義は大きく、今後、種々の合金開発での活用が期待される。また、粒界組成の予測結果をクリープ強度予測モデルの説明変数に用いることで、ニッケル基超合金のクリープ強度の発現における粒界偏析の重要度の理解につながった。このアプローチは耐熱鋼をはじめとする他の耐熱材料にも適用可能であり、粒界偏析を考慮したクリープ強度予測、ならびに材料組織設計の実現に寄与すると考えられる。
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