固相状態のみならず凝固中の固液2相状態での合金の力学挙動も表現可能な構成式の開発

开发不仅可以表达合金在固态而且可以表达凝固过程中固液两相状态的力学行为的本构方程

基本信息

批准号：
22H01842
负责人：
本山雄一
金额：
$ 11.15万
依托单位：
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究の目的は固液共存温度域における合金の力学特性の支配因子を明らかにし、得られた知見から固相状態のみならず、凝固中の固液2相状態での力学挙動をも統一的に表現可能な構成式を開発することである。本年度は、高周波誘導加熱方式の半凝固引張試験装置を用いてCu-Sn合金を対象として、固液共存温度域における引張試験を行い、固液共存温度域における力学特性を明らかにした。事前に熱力学計算ソフトウェアによりScheilモデルを用いた凝固計算により、Cu-Sn合金の温度-固相率の関係を明らかにした。得られた温度-固相率の計算データから固相率0.3～0.95の範囲となるように引張温度の設定を行った。引張試験の結果から、おおよそ固相率0.5から強度を生じ始め、固相率0.70から強度が急激に立ち上がり始めることが分かった。固相率0.60、0.90で試験を行った試験片について走査型電子顕微鏡(SEM)による破面観察を行った。固相率0.60の破面は破面全体にデンドライトが観察され、デンドライト間に存在する液膜内で破断したと推測された。一方、固相率0.90の場合は、デンドライト同士が剥離したような様子が観察され、部分的に固着したデンドライト間で割れを生じたと推測された。本試験で得られた半凝固状態のCu-Sn合金の引張強さと、従前の研究で報告のあった半凝固状態のAl-Mg-Si合金の引張強さとの比較も行い、異なる合金でも固相率が同じであれば強度も同様の値となるかどうか、についても検討も行った。比較の結果、Cu-Sn合金の方がより低い固相率から強度を生じ始め、また、同じ固相率においてもCu-Sn合金の方がAl-Mg-Si合金より高い引張強さを有することが分かった。この結果は、同じ固相率であっても、合金が異なれば強度も異なることを示しており、両合金の凝固組織の差が原因であると考えられた。

这项研究的目的是阐明在固液共存温度范围内合金的机械性能的控制因子，并开发一个组成型方程，该方程不仅可以统一表达固体固固型固体固液固液中固体两相状态的固态机械行为，还可以统一表达固相的机械行为。今年，使用高频感应加热方法，我们使用半溶剂的拉伸测试装置在固定液体共存的温度范围内为CU-SN合金进行了拉伸测试，并揭示了固液液体共存温度范围的机械性能。通过使用热力学计算软件提前使用SCHEIL模型来阐明Cu-SN合金的温度 - 旋转关系。根据获得的计算得出的温度 - 固相比率，拉伸温度设置为0.3至0.95的固相比率。拉伸试验的结果表明，强度大约从0.5的固相比开始发生，并且强度从0.70的固相比开始急剧上升。使用扫描电子显微镜（SEM）对以0.60和0.90进行测试的测试标本进行了断裂观察。在整个断裂表面上观察到固体比率为0.60的断裂表面，据估计，裂缝是在树突之间存在的液体膜中。另一方面，当固相比为0.90时，观察到树突相互分离，并且估计裂纹发生在部分固定的树突之间。我们还比较了该测试中获得的半溶解Cu-SN合金的拉伸强度与半溶解的Al-MG-SI合金的拉伸强度，这在先前的研究中报道，还研究了强度是否与不同合金的固相比相同。比较结果表明，CU-SN合金开始从较低的固相比率产生强度，并且Cu-SN合金在相同的固相比率下的抗拉强度也比Al-MG-SI合金具有更高的拉伸强度。该结果表明，即使有相同的固相比，强度也取决于合金，并且被认为是由于两种合金之间的固化结构差异所致。