単結晶合金の急速凝固組織に関する数学的モデリング

1)ステンレス鋼SUS304の急速凝固組織を観察した結果、δフェライト量が通常の凝固より極めて少なくなっていた。この理由は、初晶として生成したδフェライト量中のCr量が少なく、ミクロ偏析も少ないため、凝固完了後の冷却中にオーステナイトに変態しやすかったことが観察された。2)純アルミニウムとアルミニウム合金に対して特定の方位(011)表面の単結晶にパルスYAGレーザを照射した結果、純アルミニウムおよびAl-1%Si合金ではセルの成長途上で熱流に向かって、次第に向きを変え湾曲することが明らかになった。一方、Al-CuおよびAl-Zn合金の場合には、セルラーデンドライト界面成長を行い、そのセルは<100>優先成長方位の影響を受けて直線的に成長することが判明した。3)アルミニウム合金の場合、合金元素はセル境界の局所的な所にミクロ偏析することが判明した。パルスYAGレーザによるスポット溶接部では、凝固割れが結晶粒界に発生することがわかった。4)凝固速度を遅くするように制御すると、凝固割れを防止することができた。5)ステンレス鋼SUS310Sとアルミニウム合金A5083におけるパルスレーザ溶接時の表面での急速な溶融凝固挙動を高速度ビデオや高速度カメラで観察した。その結果、アルミニウム合金では熱伝導率が大きいため、ステンレス鋼より、溶融・凝固挙動が急速であることがわかった。6)急速凝固や通常凝固で実際に生じるミクロ偏析とそれらの凝固に伴う潜熱の影響ならびにレーザ溶接時の蒸発潜熱の影響を考慮した3次元の熱伝導・凝固解析モデルを構築した。7)凝固モデルによる解析結果と高速度ビデオ等による観察結果との対応から、モデルの妥当性を検証し、その結果を基に、溶融池下部からの凝固挙動と固液共存層の分布について明らかにし、凝固割れを防止するためのレーザパワーについて解明した。

1)ステンレス鋼SUS304の急速凝固組織を観察した結果、δフェライト量が通常の凝固より極めて少なくなっていた。この理由は、初晶として生成したδフェライト量中のCr量が少なく、ミクロ偏析も少ないため、凝固完了後の冷却中にオーステナイトに変態しやすかったことが観察された。2)純アルミニウムとアルミニウム合金に対して特定の方位(011)表面の単結晶にパルスYAGレーザを照射した結果、純アルミニウムおよびAl-1%Si合金ではセルの成長途上で熱流に向かって、次第に向きを変え湾曲することが明らかになった。一方、Al-CuおよびAl-Zn合金の場合には、セルラーデンドライト界面成長を行い、そのセルは<100>優先成長方位の影響を受けて直線的に成長することが判明した。3)アルミニウム合金の場合、合金元素はセル境界の局所的な所にミクロ偏析することが判明した。パルスYAGレーザによるスポット溶接部では、凝固割れが結晶粒界に発生することがわかった。4)凝固速度を遅くするように制御すると、凝固割れを防止することができた。5)ステンレス鋼SUS310Sとアルミニウム合金A5083におけるパルスレーザ溶接時の表面での急速な溶融凝固挙動を高速度ビデオや高速度カメラで観察した。その結果、アルミニウム合金では熱伝導率が大きいため、ステンレス鋼より、溶融・凝固挙動が急速であることがわかった。6)急速凝固や通常凝固で実際に生じるミクロ偏析とそれらの凝固に伴う潜熱の影響ならびにレーザ溶接時の蒸発潜熱の影響を考慮した3次元の熱伝導・凝固解析モデルを構築した。7)凝固モデルによる解析結果と高速度ビデオ等による観察結果との対応から、モデルの妥当性を検証し、その結果を基に、溶融池下部からの凝固挙動と固液共存層の分布について明らかにし、凝固割れを防止するためのレーザパワーについて解明した。