Quantitative analysis of solidification dynamics by time-resolved in-situ observations

通过时间分辨原位观测对凝固动力学进行定量分析

• 批准号: 22H00264
• 负责人: 安田 秀幸
• 金额: $ 27.29万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H00264/
• 关键词: 凝固; 結晶成長; X線イメージング; トモグラフィー; フェーズフィールド; その場観察

金属の凝固過程の二次元・三次元観察を可能にする、時間分解トモグラフィー（4D-CT）とX線回折測定（XRD）を組み合わせた手法、さらにフェーズフィールドモデル（PFM）を用いた画像処理・再構成を加えた時間分解・その場観察手法の実現を目指して研究を実施した。4D-CT/XRD観察技術の確立：4D-CTとXRDを組み合わせた手法では、試料―検出器の距離を2m程度になるように設置した二次元検出器を用いて、数度の温度変化による格子定数の変化を検出できる感度を実現できることを確認した。また、XRDの時間分解能を向上させるための実験装置の基本的な設計を完了した。あPFMを用いた高精度再構成法の確立：PFMを用いた逐次型画像処理・再構成では、現状の試行錯誤的な解析の課題を整理し、熱力学的視点からパラメータの設定について検討を行った。また、時間発展型再構成の開発の準備段階として、試行に適した試料、4D-CTの条件などを抽出した。凝固・変態組織形成のダイナミクス：優先成長方位の違うAl合金、bcc/fccデンドライトが観察できるFe合金（Fe-C, Fe-Ni-Cr）、hcpデンドライトが観察できるMg合金を対象に4D-CT/XRD用試料の試作を行い、SPring-8での観察実験の準備を行った。また、実用材料の組成を基本としたが、観察状況に応じて合金組成を変更できるように試料組成の検討、準備を行った。Fe合金におけるマッシブ的変態はデンドライトアームの溶断やオーステナイト結晶粒の粗大化に寄与していると考えられ、試料組成と4D-CT/XRDを用いた測定条件の組み合わせを検証し、SPring-8での観察実験の準備を行った。バルク試料の固液共存体の変形についても試料サイズ、結晶粒サイズ、観察条件の整理を行い、変形装置の改良、試料準備を行った。これらの成果は、基盤研究(S)に引き継がれている。

In the process of metal solidification, the two-dimensional and three-dimensional observation may be effective, the time decomposition analysis method (4D-CT), the X-ray back-analysis test (XRD), and the image analysis method (PFM) are used to construct the time decomposition market inspection method to improve the performance of the research. 4D-CT/XRD inspection technology verification: the 4D-CT XRD device combines the device device, the material-outlet device is 2m away from the device, the two-dimensional output device is set to use the device, the temperature is changed to the temperature of several degrees, and the temperature is changed to make sure that the device is sensitive and accurate. The time decomposition of hardware and XRD can improve the design of the basic equipment. The PFM system uses the high-precision reconstruction method to make sure that the image of the PFM system is reconstructed step by step, the wrong resolution problem is sorted out in the wrong line, and the point of mechanics is used to set the configuration of the image. The production and time exhibition models are reorganized into the preparation section of the operating system, the operation of the production line, and the extraction of 4D-CT conditionals. The solidification microstructure is characterized by Al alloy, bcc/fcc alloy, Fe alloy (Fe-C, Fe-Ni-Cr), Mg alloy, like 4D-CT/XRD using raw material, and SPring-8 is used to prepare for operation. The quality of materials and materials used is very important, and it is necessary to monitor the composition of materials. The morphology of the Fe alloy is different from that of the alloy. The grain coarsening is tested by the 4D-CT/XRD, and the conditions are determined by the test. The SPring-8 is used to prepare the system. The shape of the solid-liquid coexistent material, the grain size, the condition, the improvement of the shape device, and the preparation of the material. The results and basic research (S) have been introduced in this paper.

项目成果

先端材料機能学講座

先进材料功能科学课程

Let's solidify

让我们巩固一下