鉄および鉄基合金の固液界面エネルギー測定

铁及铁基合金的固液界面能测量

• 批准号: 14655279
• 负责人: 鈴木 俊夫
• 金额: $ 2.05万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2003
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-14655279/
• 关键词: 鉄基合金; フェーズフィールドモデル; 固液界面エネルギー; 界面安定性

液相および2つの固相を取り扱う多相合金系のフェーズフィールド方程式を導出した。ここでは、各相のそれぞれにフェーズフィールドを定義し、thin interface limit条件における各フェーズフィールドパラメータを求めた。このモデルを用いて鉄-炭素合金の包晶凝固過程の解析を試み、初晶δファライト界面に沿うように包晶オーステナイト相が成長すること、その成長は各相の界面エネルギーにより変化することを確認した。また、各種金属の界面エネルギーおよび界面成長カイネティクスの値およびその異方性を文献調査し、これらの値を用いた2次元フェーズフィールド解析により鉄の界面安定性パラメータを求め、0.102の値を得た。さらに、鉄のデンドライト成長速度と過冷度の関係を2次元フェーズフィールド解析結果から推定し、実験値と比較した結果、実験との良い一定を得た。また、等方的界面特性を仮定したによりデンドライト成長理論(LKTモデル)との関連を検討し、安定性パラメータとして1/4π^2を用いた場合には、両者はほぼ同じ成長速度を与えることを見出した。この結果は、LKTモデルは先端形状を正しく記述していないものの、等方界面を想定した場合の平均的デンドライト成長速度予測には有効であるとの結論を得た。なお、鉄基合金の2次元一方向急冷凝固試料の作成実験を試みたものの、試料充填時の鋳型破損、試料中の残存酸素により試料表面が酸化され、これが鋳型材料のサファイヤと反応すること、急冷時の鋳型破損等の要因により、急冷試料の作成実験には成功しなかった。このため、本研究終了後も引き続き、装置改良と実験条件の最適化を検討する予定である。

推导了处理液相和两个固相的多相合金系统的相场方程。这里，为每个相定义了相场，并确定了薄界面极限条件下的每个相场参数。利用该模型，我们尝试分析铁碳合金的包晶凝固过程，发现包晶奥氏体相沿着初生δ-闪锌矿界面生长，并且生长的变化取决于各相的界面能。此外，我们研究了各种金属的界面能和界面生长动力学的数值及其各向异性的文献，并利用这些数值通过二维相场分析确定了铁的界面稳定性参数，得到了一个值0.102。此外，根据二维相场分析的结果估算了铁枝晶生长速率与过冷度之间的关系，并与实验值进行比较，发现与实验值吻合较好。实验。此外，我们研究了假设各向同性界面特性与枝晶生长理论（LKT模型）的关系，发现当使用1/4π^2作为稳定性参数时，两者给出了几乎相同的生长速率。这一结果表明，虽然 LKT 模型不能准确描述尖端形状，但它可以有效地预测假设各向同性界面的平均枝晶生长速率。尽管我们试图制造铁基合金的二维单向快速凝固样品，但我们发现填充样品时模具受到损坏，并且样品表面被样品中残留的氧氧化，与蓝宝石发生反应由于淬火过程中模具破损等因素，制作淬火样品的实验并不成功。因此，我们计划在本研究完成后继续改进设备并优化实验条件。