2021 Fiscal Year Annual Research Report
Modeling of solidification dynamics supported by 3D time-resolved in-situ observations
| Project/Area Number |
17H06155
|
|---|
| Research Institution | Kyoto University |
|---|
Principal Investigator |
安田 秀幸 京都大学, 工学研究科, 教授 (60239762)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
吉矢 真人 大阪大学, 工学研究科, 教授 (00399601)
森下 浩平 九州大学, 工学研究院, 准教授 (00511875)
鳴海 大翔 京都大学, 工学研究科, 助教 (20827448)
勝部 涼司 京都大学, 工学研究科, 助教 (10839947)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2017-05-31 – 2022-03-31
|
| Keywords | 凝固 / 結晶成長 / 放射光 / トモグラフィー / 時間分解その場観察・計測 / X線イメージング |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
ボクセルサイズ6.5ミクロン、時間周期0.5sの時間分解トモグラフィー（4D-CT）を用いて、昨年度に引き続きFe-C-Si系合金（鋳鉄組成）の融液中に晶出するグラファイトの浮上、Al-Cu合金の等軸晶形成の系統的な観察を実施した。グラファイトの浮上時間や距離の解析から、グラファイトがオーステナイトデンドライトに捕捉される過程が凝固組織形成に影響していることが明らかになった。Al-Cu合金の等軸晶の形成では、浮上・沈降から堆積する動的な過程が結晶粒径に影響するといった新しい知見を得た。また、4D-CTの特長を活かして、加熱・冷却過程で体積や格子定数を測定し、凝固収縮、変態時の体積変化、液相・固相の線膨張係数を明らかにした。これらのデータの測定は、これまで困難であった凝固・冷却過程におけるひずみなどの定量的な評価に結びつく成果である。Fe-C系（炭素鋼）において見出されているBCCからFCCへのマッシブ的な変態とその後のFCC粒の粗大化の機構を検討できた。
本課題で見出した4D-CTの再構成の精度を向上させるフェーズフィールドフィルターを用いることで、高空間分解能観察が実現した。Al-Cu、Al-Zn、Fe-C合金などにおいてデンドライト成長の観察に加えて、デンドライト成長時の固液界面積や曲率の時間変化を明らかにすることができた。これらの定量データを用いた偏析モデルを構築して、その有用性を確認した。これらの成果に基づいて、課題終了後も凝固モデルの構築に展開していく。
凝固過程で生じる固相と液相が共存した固液共存体の変形では、変形過程における固相粒子の運動を4D-CTにより測定し、固相粒子の集団的な運動をひずみ速度テンソルとして定量的に評価した。その結果、マクロには圧縮される領域においてポロシティが消滅したり、拡大したりする現象を実証的に明らかにした。
|
| Research Progress Status |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
|
| Strategy for Future Research Activity |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
|
