形状記憶合金の変態温度を予測する手法の確立とそのＴｉ基形状記憶合金への適用

形状记忆合金相变温度预测方法的建立及其在钛基形状记忆合金中的应用

• 批准号: 18J15203
• 负责人: 南 大地
• 金额: $ 0.96万
• 依托单位: Osaka Prefecture University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2018
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2018-04-25 至 2020-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-18J15203/
• 关键词: 第一原理計算; 形状記憶合金; マルテンサイト変態温度; 機械学習

本研究は形状記憶合金の変態温度を予測する手法の確立及びそのTi基形状記憶合金への適用と合金設計を目的とした。以下に得られた研究実績を報告する。まず、第一原理計算により、デバイモデルを用いて母相とマルテンサイト相(M相)の振動エントロピー項を考慮した自由エネルギーを算出し、その自由エネルギー差が0となる温度から変態温度を算出した。その結果、従来の母相‐M相間のエネルギー差から算出する手法よりも高い予測精度が得られた。さらに、変態温度が既知の合金について、第一原理計算で得られた母相‐M相間のエネルギー差および体積弾性率を説明変数、変態温度の実験結果を被説明変数とした人工ニューラルネットワークを構築し、デバイモデルを用いた手法よりさらに高い予測精度が得られた。構築した変態温度の予測手法を適用しTi基形状記憶合金の合金設計を行った。まずTi-Nb-X合金について、変態温度が室温となる条件下で、ω相を抑制しかつより変態ひずみを大きくする、Ti‐Nb基形状記憶合金の特性改善に有効な元素はAlであった。そこで、Ti-Nb-Al合金について自由エネルギーの変態温度の予測手法を適用し、合金組成の最適化を行った結果、室温で形状記憶特性を発現し、8%の高い変態ひずみを有しかつω相を抑制することができる合金組成を設計できた。さらに、現在までに開発した形状記憶合金の変態温度を予測する手法を、Ti基形状記憶合金に限らず、より幅広い合金系へ適用することによって網羅的に合金探索を行い、新規形状記憶合金の合金設計を行った。具体的にはTi基形状記憶合金と同様に母相にbcc基調の構造を持つ合金に着目し、1000種類以上の合金候補に対して第一原理計算を行い、母相とマルテンサイト相のエネルギー差と格子変形ひずみの絞り込み条件から、これまで知られていない合金系が新規二元系形状記憶合金であるとの予測結果を得た。

In this study, the temperature of shape memory alloys is determined by the method of setting and testing Ti-based shape memory alloys for the purpose of alloy design. The following is required to study the report. In the first principle, the system is calculated by using the mother phase, the phase M, the phase M. According to the results of the test results, the accuracy of the mother phase-M phase phase to phase M phase is very high, and the accuracy is very high. It is known that the temperature and temperature of the alloy are in good agreement with each other, and the temperature difference between the mother phase and M phase is calculated by the first principle. The results of the temperature test show that the results show that the temperature measurement results show that the accuracy of temperature measurement is very high. The temperature change depends on the use of the Ti-based shape memory alloy design line. The properties of Ti-Nb-X alloy, temperature, temperature, The temperature of the Ti-Nb-Al alloy is affected by the mechanical properties, the results of the alloy composition optimization test, the room temperature shape memory properties, and the mechanical properties of the alloy at 8% of the temperature. Now, the temperature of the shape memory alloy is affected by the shape memory method, the Ti-based shape memory alloy limit, the alloy exploration test and the new shape memory alloy design practice. The specific Ti-based shape memory alloy is the same as the parent phase and the bcc base phase. The purpose of this paper is to calculate the performance of more than 1000 kinds of alloys based on the first principle of calculation, the matrix phase is different from each other, and the difference between the matrix and the lattice is very good. We are aware that the new binary shape memory alloy system has good results.

项目成果

Artificial neural network assisted by first-principles calculations for predicting transformation temperatures in shape memory alloys

• DOI: 10.1142/s0217979219500553
• 发表时间: 2019-04
• 期刊: International Journal of Modern Physics B
• 影响因子: 1.7
• 作者: Daichi Minami;T. Uesugi;Y. Takigawa;K. Higashi

第一原理計算によるTi-Cr-Al形状記憶・超弾性合金の最適組成設計

利用第一性原理计算 Ti-Cr-Al 形状记忆/超弹性合金的优化成分设计

• 发表时间: 2018
• 作者: 南大地;上杉徳照;嶋本純;瀧川順庸;東健司;南大地，上杉徳照，瀧川順庸，東健司;南大地，上杉徳照，瀧川順庸，東健司;佐藤領，南大地，上杉徳照，岩崎真也，田原正樹，細田秀樹，瀧川順庸，東健司
• 通讯作者: 佐藤領，南大地，上杉徳照，岩崎真也，田原正樹，細田秀樹，瀧川順庸，東健司

第一原理計算によるTi-Nb-Al形状記憶合金の合金設計

使用第一性原理计算的 Ti-Nb-Al 形状记忆合金的合金设计

• 发表时间: 2018
• 作者: 南大地;上杉徳照;嶋本純;瀧川順庸;東健司;南大地，上杉徳照，瀧川順庸，東健司
• 通讯作者: 南大地，上杉徳照，瀧川順庸，東健司

Ti-Nb-Al三元系超弾性合金の設計と実験的検証

Ti-Nb-Al三元超弹性合金的设计与实验验证

• 发表时间: 2018
• 作者: 南大地;上杉徳照;嶋本純;瀧川順庸;東健司;南大地，上杉徳照，瀧川順庸，東健司;南大地，上杉徳照，瀧川順庸，東健司;佐藤領，南大地，上杉徳照，岩崎真也，田原正樹，細田秀樹，瀧川順庸，東健司;村田美美，上田伊織，田原正樹，細田秀樹，南大地，上杉徳照，瀧川順庸，東健司
• 通讯作者: 村田美美，上田伊織，田原正樹，細田秀樹，南大地，上杉徳照，瀧川順庸，東健司

第一原理計算と機械学習に基づいた形状記憶合金のマルテンサイト変態温度

基于第一性原理计算和机器学习的形状记忆合金马氏体转变温度

• 发表时间: 2018
• 作者: 南大地;上杉徳照;瀧川順庸;東健司
• 通讯作者: 東健司