固相状態のみならず凝固中の固液2相状態での合金の力学挙動も表現可能な構成式の開発

开发不仅可以表达合金在固态而且可以表达凝固过程中固液两相状态的力学行为的本构方程

• 批准号: 22H01842
• 负责人: 本山 雄一
• 金额: $ 11.15万
• 依托单位: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• 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-22H01842/
• 关键词: 固液共存; 半凝固; 合金; 半凝固引張試験; デンドライト; 構成式; アルミニウム合金

本研究の目的は固液共存温度域における合金の力学特性の支配因子を明らかにし、得られた知見から固相状態のみならず、凝固中の固液2相状態での力学挙動をも統一的に表現可能な構成式を開発することである。本年度は、高周波誘導加熱方式の半凝固引張試験装置を用いてCu-Sn合金を対象として、固液共存温度域における引張試験を行い、固液共存温度域における力学特性を明らかにした。事前に熱力学計算ソフトウェアによりScheilモデルを用いた凝固計算により、Cu-Sn合金の温度-固相率の関係を明らかにした。得られた温度-固相率の計算データから固相率0.3～0.95の範囲となるように引張温度の設定を行った。引張試験の結果から、おおよそ固相率0.5から強度を生じ始め、固相率0.70から強度が急激に立ち上がり始めることが分かった。固相率0.60、0.90で試験を行った試験片について走査型電子顕微鏡(SEM)による破面観察を行った。固相率0.60の破面は破面全体にデンドライトが観察され、デンドライト間に存在する液膜内で破断したと推測された。一方、固相率0.90の場合は、デンドライト同士が剥離したような様子が観察され、部分的に固着したデンドライト間で割れを生じたと推測された。本試験で得られた半凝固状態のCu-Sn合金の引張強さと、従前の研究で報告のあった半凝固状態のAl-Mg-Si合金の引張強さとの比較も行い、異なる合金でも固相率が同じであれば強度も同様の値となるかどうか、についても検討も行った。比較の結果、Cu-Sn合金の方がより低い固相率から強度を生じ始め、また、同じ固相率においてもCu-Sn合金の方がAl-Mg-Si合金より高い引張強さを有することが分かった。この結果は、同じ固相率であっても、合金が異なれば強度も異なることを示しており、両合金の凝固組織の差が原因であると考えられた。

The purpose of this study is to clarify the governing factors of mechanical properties of alloys in the solid-liquid transition temperature range, to obtain the unified mechanical behavior of alloys in the solid-liquid transition temperature range, and to develop the constitutive formula. This year, the semi-solidified tension test device with high frequency induction heating method was used to investigate the mechanical properties of Cu-Sn alloy in the solid-liquid transition temperature range. Thermodynamic calculation in advance, the relationship between temperature and solid-phase ratio of Cu-Sn alloy was investigated. The calculation of temperature-solid fraction is carried out in the range of 0.3~0.95. The results of the test are as follows: solid phase ratio 0.5; intensity 0.70; initial phase ratio 0.70; acute phase ratio 0.70; initial phase ratio 0 Solid phase ratio 0.60, 0.90, test piece inspection, scanning electron microscope (SEM) inspection. The solid phase ratio of 0.60 was observed in the whole broken surface, and the liquid film was broken in the middle of the broken surface In the case of a solid phase ratio of 0.90, the separation of the particles was observed, and the separation of the particles was estimated. In this paper, the tensile strength of Cu-Sn alloy in semi-solidified state is studied. The tensile strength of Al-Mg-Si alloy in semi-solidified state is compared with that of Cu-Sn alloy in different alloy. The comparison results show that Cu-Sn alloy has low solid phase ratio, high tensile strength and high solid phase ratio. The results show that the solid phase ratio of the alloy is different, and the strength of the alloy is different.