力学場の発展と連成した複合微視組織形成予測と力学特性評価による鉄鋼材料の高機能化

结合机械领域的发展，通过预测复杂微观结构的形成和评估机械性能来提高钢铁材料的功能

• 批准号: 07J00748
• 负责人: 山中 晃徳
• 金额: $ 1.15万
• 依托单位: Kobe University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2007
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2007 至 2009
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-07J00748/
• 关键词: 鉄鋼材料; Phase-Field法; 組織形成シミュレーション; 均質化法; 力学特性評価; 材質予測

本研究では,鉄鋼材料の高機能化・新規材料の開発のために有効な数値シミュレーションによる材質予測手法の開発を目指し,Phase-Field法を用いた組織形成予測および均質化法による力学特性の評価を系統的に実施可能とすることを目的としている.昨年度までに,鉄鋼材料の基本構成組織の形成過程を再現可能なPhase-Fieldモデルを構築した.本年度は,鉄鋼材料の熱処理過程で形成される組織のうち,パーライト変態およびマルテンサイト変態による組織形成過程のPhase-Fieldシミュレーションの高精度化を行った.特に,昨年度構築したマルテンサイト変態の弾塑性Phase-Fieldモデルを用いて,多結晶オーステナイト相におけるマルテンサイト組織形成過程の数値シミュレーションを行い,マルテンサイト変態によって生じる変態ひずみの自己緩和ならびに塑性緩和過程がマルテンサイト組織の微細化に及ぼす影響を明らかにすることができた.また,パーライト変態のPhase-Fieldモデルにおいては,セメンタイト内の炭素濃度の計算を高効率化することで,より現実に近いスケールでのパーライトラメラーの成長挙動を再現可能とし,粒界拡散がパーライト組織の成長速度に及ぼす影響を明らかにした.さらに,Multi-Phase-Field法を用いて連続冷却フェライト変態の数値シミュレーションを実施し,予測したフェライト相の組織形態より,Dual-Phase鋼の組織形態および力学特性を評価可能とする材質予測シミュレーション手順を構築できた.以上のように本年度に構築した組織形成シミュレーションおよび力学特性評価手法を今後さらに拡張することで,要求される機械的特性を発現するための材料制御方法が決定できる.これにより鉄鋼材料の高機能化に貢献できるものと期待される.

在本研究中，我们的目标是开发一种利用数值模拟的材料性能预测方法，该方法可有效提高钢铁材料的功能和开发新材料。我们的目标是使用相场法预测结构形成并使用相场法评估机械性能本研究的目的是使该方法的系统实施成为可能。去年，我们已经构建了一个可以再现钢材组织基本结构形成过程的相场模型。其中，我们提高了珠光体相变和马氏体相变显微组织形成过程的相场模拟精度。特别是，我们使用了去年构建的马氏体相变弹塑性相场模型来模拟组织形成过程。我们对马氏体组织形成过程进行了数值模拟，发现马氏体相变引起的相变应变的自弛豫和塑性松弛过程。此外，在珠光体相变的相场模型中，通过提高渗碳体中碳浓度的计算效率，可以更真实地计算渗碳体中的碳浓度，从而可以再现珠光体片层的生长行为。并阐明了晶界扩散对珠光体组织长大速率的影响。此外，采用多相场方法对连续冷却铁素体相变进行了数值模拟。基于铁素体相的预测微观结构，我们能够构建材料预测模拟程序，从而能够评估双相钢的微观结构和机械性能。如上所述，微观结构形成模拟并通过进一步扩展机械性能在未来的性能评估方法中，我们将能够确定材料控制方法以达到所需的机械性能。这有望有助于钢铁材料功能性的增强。

项目成果

Multi-Phase-Field Study for Pearlite Transformation with Grain Boundary Diffusion

晶界扩散珠光体相变的多相场研究

• 发表时间: 2008
• 期刊: Proceedings of The Fourth International Conference on Multiscale Materials Modeling 無(CD-ROM)
• 作者: Chee Heng Lee;et. al.;A. Yamanaka
• 通讯作者: A. Yamanaka

Multi-Phase-Field 法によるパーライト変態に及ぼす粒界拡散の影響評価

使用多相场方法评估晶界扩散对珠光体转变的影响

• 发表时间: 2008
• 作者: Hiroyuki Yoshida;et. al.;A. Yamanaka;T. Takaki;高木知弘;A. Yamanaka;T. Takaki;A. Yamanaka;A. Yamanaka;山本 隆史;山本隆史;山中晃徳;山中晃徳;山中晃徳;山本隆史;山中晃徳;山本隆史
• 通讯作者: 山本隆史

Elastoplastic Phase-Field Model of Martensitic Transformation

马氏体相变的弹塑性相场模型

• 发表时间: 2007
• 作者: A.;Yamanaka
• 通讯作者: Yamanaka

Static Recrystallization Phase-Field Simulation based on the Predicted Subgrain Structures

基于预测亚晶结构的静态再结晶相场模拟

• 发表时间: 2007
• 作者: T.;Takaki
• 通讯作者: Takaki

結晶塑性解析に基づくサブグレイン組織予測と再結晶シミュレーション

基于晶体塑性分析的亚晶结构预测和再结晶模拟

• 发表时间: 2008
• 作者: 高木知弘;山中晃徳;冨田佳宏
• 通讯作者: 冨田佳宏