Quantitative analysis of solidification phenomena using unstructured data obtained by time-resolved tomography

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本課題では、金属材料などの凝固組織形成をありのまま記録したデータ（非構造化データ）を得られるように、時間分解トモグラフィー（4D-CT）とX線回折測定（XRD）を統合した手法、ならびにフェーズフィールドモデル（PFM）を用いた画像処理・再構成手法の開発を行った。さらに、鉄鋼材料などの凝固・相変態における組織形成ダイナミクスの実証的理解と制御指針の確立、固液共存域の変形ダイナミクスの実証的理解と物理モデルへの展開を目指して非構造化データに基づいた解析を行った。研究課題に共通する実験・計算手法の開発・改良（項目A）では、独自に設計・組立を行ったXRD検出器により4D-CTとXRDの同時撮影が実現し、組織と結晶方位の時間発展を観察・測定できるようになった。また、高速化に向けてビームライン・光源の特徴を把握して次年度以降の課題抽出も行った。PFMを用いた逐次型画像処理・再構成（逐次型PFF）では、画像処理効率・精度が向上し、1億ボクセル以上の再構成像についても再構成が可能になり、項目Bで利用できる段階になった。凝固組織形成の学理構築（項目B）では、Al合金に加えてBCCおよびFCC構造の3d遷移金属合金、HCP構造のMg、Znについてデンドライトの優先成長方向などの測定を行った。HCP構造の優先成長方向について、予想された優先成長方向と一致しないその場観察の結果が得られ、より詳細な解析を継続している。鉄鋼材料の凝固およびBCC-FCC変態にともなう組織形成では、核生成律速によるBCC/FCCの選択、BCC-FCC変態後の結晶粒粗大化に関する定量的なデータを得た。また、固液共存体の変形では、数千個から数万個の固相粒を含んだ試料の変形について定量的な変形解析を行う手法を開発して、バルク固液共存体の変形の特徴を明らかにすることができた。