固液共存域変形を含む革新的な等軸晶形成モデル構築と凝固による組織微細化への挑戦

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鋳造過程に生じる固液共存域変形は，凝固欠陥の形成を引き起こす可能性がある一方で，小さな外力で結晶粒の微細化を達成できるため，その現象の高精度な予測が喫緊の課題である．近年，固液共存域変形のその場観察が大型放射光施設を用いることで可能となっているが，系統的評価による現象理解のためには数値シミュレーションが不可欠である．そこで本研究では，合金凝固時の固体運動と変形を含む固液共存域変形を高精度に再現可能な数値モデルを構築し，固液共存域の固体の塑性変形と分断を最適化し，結晶粒微細化を引き起こす最適な条件の探索を目的としている．昨年度はまず，修士課程で構築した固液共存域変形のその場観察を再現可能としたmulti-phase-field格子ボルツマンモデルを用いて，固液共存域変形の2Dシミュレーションを行った．シミュレーション結果から，固液共存域変形に特徴的なダイラタンシーによる局所的な固相率変化が再現できることを確認した．次に固液共存域変形の定量的評価を目的として，小規模計算での固相率の影響評価とGPUスパコンTSUBAME3.0を用いた大規模計算による結晶形態の影響評価を行い，固液共存域変形のせん断帯形成に関する定量的評価・考察を行っており，現在ジャーナル論文投稿に向けて論文執筆を進めている．また，その場観察など実験で行われている固液共存域変形の評価では，外力の与え方に制限があり，単軸引張や単純せん断といった理想的な外力条件下でのせん断帯形成メカニズムを評価することができない．そこで，固液共存域の単純せん断変形を評価可能なモデルを開発し，よりシンプルな条件下でのせん断帯形成の評価を可能とした．現在はこれに関して系統的評価によるせん断帯形成の定量化を試みている．また，固液共存域変形の3Dモデルの開発を行い，固液共存域変形のその場観察の3D変形挙動を再現可能とした．