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，溶质元件和杂质元件的晶界隔离对各种结构材料（包括钢材材料）中材料的结构和特性具有重大影响。为了控制由晶界种族隔离引起的结构材料的结构和特性，有必要定量预测在低能晶界（例如小角度晶界和相应的晶界）在低能晶界处多个元素的隔离行为，但此时尚未实现。在这项研究中，我们使用calphad方法构建了一个隔离浓度计算系统，考虑到复合隔离的相互作用效应，（2）晶粒尺寸，（3）晶界能量，（4）位错密度，以及（5）晶粒边界和脱位分离的温度依赖性，并将其与实验结果进行比较，并验证其准确性。 In 2014, we incorporated the free energy keys of the Cu matrix and grain boundary phases calculated using the thermodynamic calculation software Thermo-Calc using the thermodynamic calculation database for copper alloys, and the diffusion coefficients of the segregated elements in the Cu matrix were incorporated through the application programming interface TQ-Interface into the grain boundary segregation calculation program that is being developed in this research, and构建了一个多组分复合分离计算系统，该系统考虑了含有许多不同痕量分离元件的CU的热处理温度和热处理时间。添加到Cu，Ni和Si中的Cu-Ni-Si合金实际上用作结合高强度和相对较高电导率的Colson合金。 Using the copper alloy grain boundary segregation calculation system built in FY2014, we calculated the segregation behavior of Ni and Si in Cu polycrystalline materials, and found that Si segregates at the grain boundary of Cu alone, but Ni does not segregates alone, while it was predicted that Ni will become significantly segregated in Cu-Ni-Si ternary alloys with combined addition of Ni and Si.该结果表明Colson合金中Ni2SI或Ni5Si2金属层间化合物的选择性沉淀的结构控制。

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