溶質原子の粒界偏析予測に基づく材料組織設計指針の提示

介绍基于溶质原子晶界偏析预测的材料结构设计指南

基本信息

批准号：
21K04687
负责人：
塚田祐貴
金额：
$ 2.75万
依托单位：
Nagoya University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

昨年度に開発した粒界組成予測プログラムを用いて、オーステナイト系ステンレス鋼（type 316L steel）における粒界偏析元素（Mo、P、B、C）の粒界組成の結晶粒径依存性を解析した。粒界の体積率は結晶粒径の減少とともに増加する。結晶粒径300μmの条件での粒界組成は、粒界の体積率をゼロと仮定した場合の粒界組成とほぼ等しくなった。結晶粒径3～6μmの条件ではMo、B、Pの粒界組成がわずかに減少し、結晶粒径1μmの条件ではB、Pの粒界組成が大きく減少した。これらの結果は、結晶粒径10μm以下の条件では、粒界組成計算において粒界体積率を考慮する必要があることを示唆している。36種類のニッケル基合金について、昨年度に開発したプログラムを用いて粒界組成を計算し、さらに、公開されているデータベース、専門書、学術雑誌論文からクリープ破断強度データを収集した。これらのデータセットを用いて、粒内組成、粒界組成、強化相の体積率、クリープ破断強度の相関を解析した結果、粒界強化元素として知られるBの粒界組成とクリープ破断強度に正の相関があることが確認された。今年度より、移動粒界の組成予測プログラムの開発に着手した。粒界に溶質原子が偏析すると、粒界移動の際にそれらの原子を引きずるため、粒界移動速度が小さくなる（ソリュートドラッグ効果）。フェーズフィールド法により、一定速度で移動する粒界近傍における溶質元素の定常濃度プロファイルを解析した。粒内相と粒界相のギブスエネルギー計算には、計算状態図の熱力学データベースを用いた。ランダム粒界の組成を解析対象とし、粒界相のギブスエネルギーには液相のギブスエネルギーを用いた。開発したプログラムを用いてマグネシウム合金の粒界組成を計算し、溶質元素の濃度プロファイルやドラッグ力の粒界移動速度依存性を解析できることを確認した。

使用去年开发的晶界组成预测计划，我们分析了奥氏体不锈钢（型316L钢）中晶界隔离元件（MO，P，B，C）的晶尺寸依赖性（MO，P，B，C）。晶界的体积分数随晶粒尺寸的减少而增加。当假定晶界的体积分数为零时，在300μm的晶粒尺寸下的晶界组成大约等于晶界组成。在晶粒尺寸为3至6μm的情况下，MO，B和P的晶界组成略有下降，而在晶粒尺寸为1μm的情况下，B和P的晶界组成显着降低。这些结果表明，在计算晶界组成时，必须考虑晶粒边界体积分数在10μm或更低的条件下。使用去年开发的程序计算了36种基于镍的合金的晶界组成，并从已发表的数据库，专业书籍和学术期刊文章中收集了蠕变破裂强度数据。使用这些数据集，我们分析了粒内组成，晶界组成，增强相的体积分数和蠕变破裂强度之间的相关性，并确认B的晶界组成（称为晶界增强元件）之间存在正相关，并存在正相关。从本财政年度开始，我们开始制定一个计划来预测移动晶粒边界的组成。当溶质原子在晶界处隔离时，原子在晶界期间拖动，从而降低了晶界移动速度（溶质阻力效应）。通过相位场方法分析了以恒定速度移动的晶界附近溶质元件的稳态浓度曲线。计算状态图的热力学数据库用于Gibbs的能量计算，用于计算上阶段和边界阶段。分析了随机晶界的组成，并将液相的吉布斯能作为晶界相的吉布斯能。使用开发的程序，我们计算了镁合金的晶界组成，并确认可以分析溶质元件的浓度曲线以及拖拉力的晶界移动速度的依赖性。