次次世代ニッケル基ナノ合金の計算科学的手法によるデザイン

使用计算科学方法设计下一代镍基纳米合金

基本信息

批准号：
10F00370
负责人：
尾方成信
金额：
$ 1.47万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2010
资助国家：
日本
起止时间：
2010 至 2012
项目状态：
已结题

项目摘要

ニッケル基合金は高温強度に優れ、耐高温強度が要求されるジェットエンジンやガスタービンのブレードなどに広く使用されている。しかしながら、昨今のさらなる熱機関のエネルギー高効率化やCO2削減などの環境負荷低減への要請から、材料には一層の高温強度の向上が求められている。昨年度までは、一般的な結晶材料の高温変形の支配方程式を獲得することを目的として、系を比較的高温に置くことで、クリープ変形を加速させた分子動力学解析を行い、クリープ変形を支配している素過程を抽出し、それが熱活性化過程に支配されていることを用いて、様々な温度や応力下でのクリープメカニズムを説明することに成功した。本年度は本解析を、ニッケル基の合金に適用した。具体的には、ニッケル基合金のナノ部材の引張り変形解析を行った。その結果、部材サイズによって変形様式が相変態によるものから双晶形成によるものに遷移するなど、強い部材サイズ依存性を示すことが分かった。また、これとは別に、昨年度までの研究では、粒径を構造を特徴づける唯一の長さパラメータとして検討を進めてきたが、近年、双晶を粒内に組み込んで強度と延性を両立させる実験結果が多数報告されつつある現状を踏まえて、粒内に双晶を人工的に埋め込んだモデルを作成し、その双晶の幅を新たなパラメータとして、クリープ解析を実施した。その結果、双晶を有する結晶は双晶がない結晶に比べてクリープ強度が大きく向上することが分かった。

镍基合金具有优异的高温强度，广泛应用于需要耐高温的喷气发动机和燃气轮机叶片。然而，由于近年来对热机更高能源效率的要求以及减少二氧化碳排放等环境影响，材料需要具有更高的高温强度。直到去年，为了获得一般晶体材料的高温变形控制方程，我们进行了分子动力学分析，通过将系统置于相对较高的温度来加速蠕变变形，我们成功地解释了蠕变机制。通过提取发生的基本过程并利用它们以热激活过程为主的事实，在各种温度和应力下进行。今年，我们将此分析应用于镍基合金。具体来说，我们对镍基合金制成的纳米构件进行了拉伸变形分析。结果发现，变形模式根据构件尺寸从相变转变为孪晶，表现出对构件尺寸的强烈依赖性。另外，直到去年为止的研究一直将晶粒尺寸作为表征结构的唯一长度参数，但近年来，鉴于目前的情况，已经进行了将孪晶纳入晶粒以实现强度和延展性的实验。随着大量结果的报道，我们创建了一个模型，其中孪晶被人工嵌入晶粒中，并使用孪晶的宽度作为新参数进行蠕变分析。结果发现，与没有孪晶的晶体相比，具有孪晶的晶体的蠕变强度显着提高。