構造材料の結晶粒界・転位偏析計算システムの構築と偏析デザインによる組織制御

结构材料晶界/位错偏析计算系统的构建及偏析设计控制微观结构

基本信息

批准号：
21H01676
负责人：
大沼郁雄
金额：
$ 11.15万
依托单位：
National Institute for Materials Science
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

鉄鋼材料をはじめ各種構造材料において，溶質元素や不純物元素の粒界偏析が材料の組織と特性に多大な影響を及ぼすことが知られている．粒界偏析に起因する構造材料の組織と特性を制御するためには，ランダム粒界に加え小角粒界や対応粒界等の低エネルギー粒界における多種元素の偏析挙動を定量的に予測する必要があるが，現時点で実現されていない．本研究では鉄鋼材料，Al基およびCu基各合金の多種類の偏析元素を対象に，(1)複合偏析の相互作用効果，(2)結晶粒径，(3)粒界エネルギー，(4)転位密度および，(5)粒界・転位偏析の温度依存性を考慮して，CALPHAD法を援用した偏析濃度計算システムを構築し，実験結果と比較してその精度を検証する．R4年度は銅合金の熱力学・拡散データベースを用いて熱力学計算ソフトウェアのThermo-Calcにより計算されるCu母相と粒界相の自由エネルキーと，Cu母相中の偏析元素の拡散係数を，アプリケーション・プログラミング・インターフェースのTQ-Interfaceを介して，本研究で開発を進めている粒界偏析計算プログラムに取り込み，多種類の微量偏析元素を含有するCu中における熱処理温度と熱処理時間を考慮した多成分系複合偏析計算システムを構築した．CuにNiとSi等を添加したCu-Ni-Si合金は高強度と比較的高い導電性を兼備するコルソン合金として実用に供されている．R4年度に構築した銅合金の粒界偏析計算システムを用いて，Cu多結晶材料中のNiとSiの偏析挙動を計算した結果，Siは単独でもCuの結晶粒界に偏析するが，Niは単独では偏析しない結果が予測され，一方，NiとSiを複合添加したCu-Ni-Si３元系合金ではNiが顕著に偏析するようになることが予測された．この結果はコルソン合金中のNi2SiあるいはNi5Si2金属間化合物の選択的析出の組織制御を示唆する結果と考えられる．

众所周知，在包括钢材在内的各种结构材料中，溶质元素和杂质元素的晶界偏析对材料的组织和性能有很大的影响。为了控制晶界偏析引起的结构材料的结构和性能，除随机晶界外，还需要定量预测各种元素在低能晶界如小角度晶界和匹配晶界的偏析行为。然而，目前尚未实施。在本研究中，我们重点关注钢材、铝基和铜基合金中的各种偏析元素，并研究了（1）复合偏析的相互作用效应，（2）晶粒尺寸，（3）晶界能，（ 4）考虑位错密度和（5）晶界的温度依赖性和位错偏析，我们使用CALPHAD方法构建了偏析浓度计算系统，并通过与实验结果进行比较来验证其准确性。在R4年，我们利用热力学计算软件Thermo-Calc Application，利用铜合金的热力学/扩散数据库计算了Cu基体和晶界相的自由能键以及Cu基体中偏析元素的扩散系数。编程在通过界面的TQ-Interface，将其纳入本研究正在开发的晶界偏析计算程序中，进行考虑了含多种Cu的热处理温度和热处理时间的多成分复合计算。构建了微量偏析元素的类型。通过在Cu中添加Ni、Si等而制成的Cu-Ni-Si合金作为兼具高强度和较高导电率的科森合金而被实际使用。利用R4年构建的铜合金晶界偏析计算系统计算多晶Cu材料中Ni和Si的偏析行为，结果发现，仅Si在Cu的晶界偏析，而Ni在Cu的晶界偏析。当单独使用时，预计不会发生偏析，但另一方面，在组合添加Ni和Si的Cu-Ni-Si三元合金中，预计Ni会显着偏析。这一结果被认为表明了 Corson 合金中 Ni2Si 或 Ni5Si2 金属间化合物选择性沉淀的微观结构控制。

项目成果

期刊论文数量（5）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Acceleration of phase diagram construction by machine learning incorporating Gibbs' phase rule

DOI：
10.1016/j.scriptamat.2021.114335
发表时间：
2021-10-20
期刊：
SCRIPTA MATERIALIA
影响因子：
6
作者：
Terayama, Kei;Han, Kwangsik;Tamara, Ryo
通讯作者：
Tamara, Ryo

Fe-Zn系合金の状態図とαFe/溶融Znの界面反応

Fe-Zn合金相图及αFe/熔融Zn界面反应

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
Fukami Kazuhiro;Sakurai Akihiro;Tsujimoto Takamitsu;Yamagami Masaki;Kitada Atsushi;Morimoto Kota;Nishioka Kiho;Nakanishi Shuji;Yoshikane Yusuke;Nagao Toshimitsu;Katayama Jun-ichi;Murase Kuniaki;大沼郁雄，韓光植，李仁鎬，貝沼亮介
通讯作者：
大沼郁雄，韓光植，李仁鎬，貝沼亮介

Experimental determination of phase diagram involving silicides in the Fe-Si binary system