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

使用时间分辨断层扫描获得的非结构化数据对凝固现象进行定量分析

基本信息

批准号：
22H04963
负责人：
安田秀幸
金额：
$ 97.59万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (S)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-27 至 2027-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

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。

The subject is to develop a method for integrating the formation of solidified structures in metallic materials, such as recording (non-structured), time decomposition (4D-CT), X-ray diffraction (XRD), image processing (PFM), and reconstruction. In addition, the understanding and control of the solidification and phase transformation of iron and steel materials, the establishment of control indicators, the understanding and implementation of solid-liquid transition domain transformation, the development of physical parameters, and the analysis of non-structural structures. Development and improvement of common calculation methods (Item A) Design and assembly of XRD detectors independently and simultaneous detection and detection of 4D-CT XRD and time evolution of crystal orientation. The characteristics of light source should be grasped in order to solve the problem of high speed. PFM is used in successive image processing and reconstruction (successive PFF). Image processing efficiency and accuracy are higher than 100 million. Reconstruction is possible. Item B is used in stages. Theoretical construction of solidification structure formation (Item B) Determination of preferential growth direction of Mg and Zn in Al alloy, FCC structure, 3d migration metal alloy and HCP structure The preferential growth direction of HCP structure is consistent with the expected preferential growth direction, and the results of field inspection are obtained and analyzed in detail. The microstructure formation of iron-steel materials during solidification and BCC-FCC transformation is related to the quantitative analysis of crystal grain coarsening after the selection of BCC/FCC and BCC-FCC transformation. The shape of the solid-liquid blue transition is different, thousands or tens of thousands of solid particles are included in the shape of the sample, and quantitative shape analysis methods are developed to characterize the shape of the solid-liquid blue transition.