凝固組織マップを実装した超高精度マルチスケール凝固組織・偏析シミュレータの開発

开发实现凝固结构图的超高精度多尺度凝固结构/偏析模拟器

• 批准号: 22H01839
• 负责人: 棗 千修
• 金额: $ 5.66万
• 依托单位: Akita University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H01839/
• 关键词: 凝固組織; 偏析; シミュレーション; セルオートマトン法; 鋳造

多くの金属材料は凝固過程を経て製造されており，その凝固組織は材料特性へ大きな影響を与えるため，高精度な凝固組織予測法の確立が望まれている。本研究では，超高精度なマルチスケールの凝固組織・偏析シミュレータを実現するために，メソスケールの凝固組織・偏析の情報を厳密に反映した革新的な凝固組織マップを構築する。凝固組織マップは，凝固条件（凝固速度と温度勾配）と凝固組織形態（等軸晶，柱状晶）の関係を示した図であり，これらの関係に加え，デンドライトアーム間隔やミクロ偏析などのより緻密なメソスケールの凝固組織情報を有する凝固組織マップがあれば，実験やシミュレーションをせずに，短時間かつ低コストで正確な凝固組織制御が可能となる。さらに，マクロスケールの凝固組織・偏析シミュレーションモデルに，凝固組織マップの情報が実装されれば，マルチスケールの凝固組織・偏析シミュレータが実現できる。本年度は，Al基合金の一方向凝固実験により得られた凝固組織（柱状晶から等軸晶へ遷移する組織）の凝固条件を，凝固シミュレーションを用いて効率的に算出する方法を構築した。凝固シミュレーションモデルには，データ同化による熱伝達係数の推定技術を実装し，シミュレーションの高精度化（実測の冷却曲線との誤差最小化）を図った。シミュレーションから算出した凝固条件と実験による凝固組織を組み合わせることで，マクロスケールの凝固組織マップを得るシステムを構築した。また，メソスケールの凝固組織・偏析シミュレーションのモデルとして，ミクロ偏析を定量的に評価できるセルオートマトンモデルを開発した。本モデルによるシミュレーション結果は，実験およびフェーズフィールドシミュレーションで得られたミクロ偏析挙動と精度良く一致することを確認した。

More く の は metal materials during solidification を 経 て manufacturing さ れ て お り, そ の solidification organization は material properties へ big き な influence を and え る た め, high-precision な solidification body be の looking establish が ま れ て い る. This study で は, ultra-high precision な マ ル チ ス ケ ー ル の organization, solidification segregation シ ミ ュ レ ー タ を be presently す る た め に, メ ソ ス ケ ー ル の organization, solidification segregation の intelligence を 厳 dense に reflect し た innovative な solidification organization マ ッ プ を build す る. Solidification organization マ ッ プ は, solidification conditions (temperature solidification speed と hook) と solidification organization form (isometric, columnar crystal) の masato is を shown し た 図 で あ り, こ れ ら の masato に plus え, デ ン ド ラ イ ト ア ー ム interval や ミ ク ロ segregation な ど の よ り dense な メ ソ ス ケ ー ル の solidification organization intelligence を す る solidification organization マ ッ プ が あ れ ば, The experiment shows that やシ, やシ, ュレ, ュレ, ショ, をせずに, and short-time をせずに, low-コ ストで, correct な coagulation of the tissue is possible が. さ ら に, マ ク ロ ス ケ ー ル の organization, solidification segregation シ ミ ュ レ ー シ ョ ン モ デ ル に, solidified structure マ ッ プ の intelligence が be loaded さ れ れ ば, マ ル チ ス ケ ー ル の organization, solidification segregation シ ミ ュ レ ー タ が be presently で き る. This year は Al alloy の direction solidification be 験 に よ り have ら れ た solidification organization (columnar crystal か ら isometric へ migration す る) の を solidification conditions, solidification シ ミ ュ レ ー シ ョ ン を with い て に the working rate calculate す を る method to construct し た. Solidification シ ミ ュ レ ー シ ョ ン モ デ ル に は, デ ー タ assimilation に よ る hot 伝 を presumption of coefficient の technology be し, シ ミ ュ レ ー シ ョ ン の precision is changed (be の cooling curve と の error minimization) を 図 っ た. シ ミ ュ レ ー シ ョ ン か ら calculate し た と solidification conditions be 験 に よ る solidification group organization を み close わ せ る こ と で, マ ク ロ ス ケ ー ル の solidification organization マ ッ プ を have る シ ス テ ム を build し た. ま た, メ ソ ス ケ ー ル の organization, solidification segregation シ ミ ュ レ ー シ ョ ン の モ デ ル と し て, ミ ク ロ segregation を に of quantitative evaluation of 価 で き る セ ル オ ー ト マ ト ン モ デ ル を open 発 し た. This モ デ ル に よ る シ ミ ュ レ ー シ ョ は ン results, be 験 お よ び フ ェ ー ズ フ ィ ー ル ド シ ミ ュ レ ー シ ョ ン で have ら れ た ミ ク ロ segregation 挙 consistent good dynamic と precision く す る こ と を confirm し た.