四次元その場観察による凝固組織をベースとした固液共存体の力学挙動の解明

2022 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 20K15071
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分26060:金属生産および資源生産関連
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 鳴海 大翔 京都大学, 工学研究科, 助教 (20827448)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: 凝固 / 鋳造 / 固液共存体 / マクロ偏析 / 鋳造割れ / 放射光 / 時間分解トモグラフィ/4D-CT / 三次元X線回折/3DXRD

研究成果の概要

金属材料の鋳造プロセスにおいて固液共存体となった金属合金が変形すると、マクロ偏析や鋳造割れの原因となる。固相と液相の混合体である固液共存体の力学は、連続体力学や流体力学ではカバーできず、力学挙動が内部組織と密接に関係していることは認識されているものの、変形モデルが確立されていない。本課題ではX線イメージング技術を用いて、内部組織を制御した固液共存体の変形過程を直接観察し定量解析する。定量データに基づいて固液共存体が不均一変形する際の固液共存体の組織の特徴を評価することで、固液共存体の変形機構を実証的に明らかにした。

自由記述の分野

金属・資源生産工学

研究成果の学術的意義や社会的意義

大型放射光施設のSPring-8の放射光の特長を活かしたX線イメージング技術を用いて、金属材料の生産性や特性の限界に影響を及ぼす鋳造欠陥の形成過程の三次元・時間分解その場観察を実現した。観察データを用いた変形している固液共存組織の定量評価により、固液共存体の変形挙動が明らかになった。定量データは今後モデル構築に活用されるだけではなく、組織形成シミュレーションや物性値の妥当性評価にも用いることができ、その知見は金属材料の生産プロセスの発展に貢献する。