偏析形成を再現する固液共存状態のせん断モデルの構築・モデルを用いた偏析機構の解明

构建再现偏析形成的固液共存剪切模型，并使用该模型阐明偏析机制

• 批准号: 13J00488
• 负责人: 森田 周吾
• 金额: $ 1.28万
• 依托单位: Kyoto University (2014)Osaka University (2013)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2013
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2013-04-01 至 2015-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13J00488/
• 关键词: 固液共存体; 偏析; モデリング; 変形; 2流体モデル; バンド状偏析; 不均一変形; 衝突・再配列; 遠心鋳造; X線イメージング; 不安定性

金属合金の固液共存体に変形が加わると、せん断に対する不安定性により、欠陥の一つである偏析が形成されることがある。当該研究者はこれまで、その変形・偏析形成メカニズム解明のため、変形過程における固相間の再配列に着目し、その場観察結果に基づいた変形の物理モデル化を行ってきた。さらにそのモデルを用いたプログラムの作成、単純な数値計算を行うことで、モデルに内在するせん断に対する不安定性を確認した。本年度はさらに広域への計算の適用を可能にするため、支配方程式のうち固相率に対して非線形に値が変化する、固相のみかけ粘性による応力の項を、可能な限り陰的に取り扱う計算手法について検討を行った。次に、固液共存体の変形による偏析が形成される可能性のある鋳造プロセスとして遠心鋳造に注目し、遠心鋳造における重力と遠心力を模擬した系において本モデルを用いて数値計算を行うことで、固液共存体の変形と、遠心鋳造における偏析形成との関係を調べた。その結果、鋳型と共に回転する座標系から見た場合、重力の作用方向の時間変化に起因して、固相の鋳型に対する速度は時間とともに振動し、再配列を表す応力が生じることで局所的に固相率の低下した領域（偏析）が形成されることが明らかとなった。さらに、その振動の振幅は回転速度、すなわち本計算における重力の作用方向の変化速度が大きくなるほど抑えられ、結果として局所的な固相率の低下も抑えられることが明らかとなった。遠心鋳造における偏析形成のメカニズムについて、固液共存体の変形に着目した研究はこれまで皆無であり、本研究により得られた知見は鋳造プロセスにおける欠陥形成メカニズム解明に大きく寄与するものであるといえる。

The solid-liquid coexistence of metal alloys is characterized by increased instability and segregation. When the researchers examined the results of the field investigation, they found that the physical and chemical properties of the solid phase were different. In addition, the stability of the system is confirmed by the calculation of the pure number and the internal stability of the system. This year, the application of the calculation of the domain is possible, and the calculation method of the governing equation is discussed. In addition, the solid-liquid blue transition is characterized by the possibility of segregation formation and the relationship between the segregation formation and the shape of the solid-liquid transition. As a result, the coordinate system of the model and the rotation is different from each other, and the time of the gravity action direction is different from each other. The solid phase velocity is different from the time of the vibration, and the realignment is different from the time of the rotation. The solid phase ratio is lower than the time of the rotation. The amplitude of vibration and the velocity of rotation of the body are calculated. The direction of gravity and the velocity of rotation of the body are increased. The solid phase ratio of the body is decreased. The study on the formation of segregation in telecentric structure and the formation of solid-liquid blue transition has been carried out. In this study, we have obtained the knowledge of the formation of segregation in telecentric structure.

项目成果

二流体モデルを用いたマクロモデルにおいて固相粒子の衝突・再配列がせん断帯に形成するマクロ偏析に与える影響

使用双流体模型的宏观模型中固相颗粒的碰撞和重排对剪切带中形成的宏观偏析的影响

• 发表时间: 2014
• 作者: S. Morita;H. Yasuda;T. Nagira;C. Gourlay;K. Morishita;M. Yoshiya;A. Sugiyama;髙本真寛;髙本真寛;髙本真寛;髙本真寛;Shugo Morita;森田周吾
• 通讯作者: 森田周吾

高固相率の固液共存体の変形マクロモデルにおける固相粒間の相互作用の検討

在高固体分数固液共存的变形宏观模型中检查固体颗粒之间的相互作用

• 发表时间: 2014
• 作者: S. Morita;H. Yasuda;T. Nagira;C. Gourlay;K. Morishita;M. Yoshiya;A. Sugiyama;髙本真寛;髙本真寛;髙本真寛;髙本真寛;Shugo Morita;森田周吾;森田周吾
• 通讯作者: 森田周吾

固液共存体の変形による偏析に及ぼすせん断による固相粒子の再配列の影響

剪切引起的固相颗粒重排对变形引起的固液共存体偏析的影响

• 发表时间: 2013
• 作者: S. Morita;H. Yasuda;T. Nagira;C. Gourlay;K. Morishita;M. Yoshiya;A. Sugiyama;髙本真寛;髙本真寛;髙本真寛;髙本真寛;Shugo Morita;森田周吾;森田周吾;森田 周吾
• 通讯作者: 森田 周吾

Application of a macroscopic model to predict the band segregation induced by shear deformation of semisolid

应用宏观模型预测半固体剪切变形引起的能带偏析

• DOI: 10.1088/1757-899x/84/1/012011
• 发表时间: 2015
• 期刊: Materials Science and Engineering
• 作者: Morita S

A macroscopic model of semisolid deformation including rearrangement of solid grains

包括固体晶粒重排的半固态变形宏观模型

• 发表时间: 2014
• 作者: S. Morita;H. Yasuda;T. Nagira;C. Gourlay;K. Morishita;M. Yoshiya;A. Sugiyama;髙本真寛;髙本真寛;髙本真寛;髙本真寛;Shugo Morita
• 通讯作者: Shugo Morita