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フェイズフィールド法によるセラミックス繊維/合金複合材料の結晶化シミュレーション

相场法陶瓷纤维/合金复合材料的结晶模拟

基本信息

批准号：
12750653
负责人：
宮原広郁
金额：
$ 1.47万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
2000
资助国家：
日本
起止时间：
2000 至 2001
项目状态：
已结题

项目摘要

金属基複合材料の諸特性を最大限に発揮するためには、母材(マトリックス)中での強化材(粒子、短繊維及び長繊維)の3次元的配置や、母相合金自身のミクロ組織を精密に制御する必要がある。本研究では強化材間隙を成長する初晶相の形態及び溶質の再分配挙動を金属基複合材料、透明有機物を利用したモデル実験、及び数値シミュレーションを行いて解析した。方向性凝固する合金及び透明有機合金の結晶化過程について微小体積内でのエネルギー保存則と質量保存則に基づいてプログラムを構築した。予備的な解析として2次元の正方格子を用い、各微小体積を指数付けすることにより不定形の結晶形態を表現した。曲率半径、濃度分布等に依存する成長の過冷度と、固液界面近傍の溶質濃度分布から得られる成長速度式を用いて微小領域における液相-固相の変態速度を決定した。得られた結晶形態から凝固パラメータ(初晶先端半径、2次デンドライトアームスペーシング、初晶先端過冷度等)を予測した。一方、物性値及び状態図が金属材料に類似しているサクシノニトリルーアセトン合金をマトリックス合金とし、平滑、セルおよびデンドライト状凝固における繊維の影響を調査した。いずれの解析でも繊維間隙が狭くなるとともに液相濃度の上昇、デンドライトの成長の停止が起きた。既存の加圧鋳造装置により、繊維体積率が約50vol%のアルミナ繊維/Al-Cu合金複合材料を作製し、凝固速度、温度勾配、冷却速度等を精密に制御しながら一方向凝固させ、組織を調査するとともに結晶内の溶質元素分布をEPMAにより解析した。アルミナ繊維間隙が極めて狭い場合、デンドライト2次アームの成長を妨げ、セル状の組織となることが見いだされたが、数値シミュレーションによっても同様の形態を予測することができた。

The maximum limit of the mechanical properties of metal-based composite materials, the configuration of the three dimensions of the reinforced materials (particles, short and long grains) in the base metal (matrix alloy), and the microstructure of the parent phase alloy itself. In this study, the primary phase morphology and solubility redistribution of chemical materials were strengthened, and the transparent materials were analyzed by means of differential scanning calorimetry (SEM) and differential scanning calorimetry (SEM). The process of crystallization of directionally solidified alloys and transparent organic alloys requires that the micro-bodies are stored in a large amount of time. In the analysis of the equipment, the square lattice of the second dimension is used, and the index of each micro-body is used to analyze the shape of the amorphous structure. The radius of curvature and temperature distribution are dependent on the supercooling of solid-liquid growth, and the solubility distribution of solid-liquid interface is calculated. The formula of thermal growth rate is determined by the liquid-solid phase equilibrium velocity of liquid-solid phase. The results show that the crystal morphology and solidification temperature are affected by the radius of the primary crystal tip, the temperature distribution of the primary crystal, the undercooling of the primary crystal, and so on. One side, physical properties and shape of the metal material is similar to that of the metal material, which is similar to that of the metal material, which is similar to that of the metal material. It is necessary to determine the temperature gap, the temperature of the liquid phase, the growth rate and the temperature of the liquid phase. In the existing equipment, the volume active rate is about 50%. The composite material of Al-Cu alloy is used for precision control of solidification in one direction, solidification rate, temperature matching, cooling rate and so on. The distribution of soluble elements in the crystal is analyzed by EPMA analysis. There is a great deal of tension in the system, and there are two times in which the growth is affected, and the organization is organized to make sure that the situation is the same as that.