Quantitative analysis of solidification phenomena using unstructured data obtained by time-resolved tomography

使用时间分辨断层扫描获得的非结构化数据对凝固现象进行定量分析

基本信息

批准号：
22H04963
负责人：
安田秀幸
金额：
$ 97.59万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (S)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-27 至 2027-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本課題では、金属材料などの凝固組織形成をありのまま記録したデータ（非構造化データ）を得られるように、時間分解トモグラフィー（4D-CT）とX線回折測定（XRD）を統合した手法、ならびにフェーズフィールドモデル（PFM）を用いた画像処理・再構成手法の開発を行った。さらに、鉄鋼材料などの凝固・相変態における組織形成ダイナミクスの実証的理解と制御指針の確立、固液共存域の変形ダイナミクスの実証的理解と物理モデルへの展開を目指して非構造化データに基づいた解析を行った。研究課題に共通する実験・計算手法の開発・改良（項目A）では、独自に設計・組立を行ったXRD検出器により4D-CTとXRDの同時撮影が実現し、組織と結晶方位の時間発展を観察・測定できるようになった。また、高速化に向けてビームライン・光源の特徴を把握して次年度以降の課題抽出も行った。PFMを用いた逐次型画像処理・再構成（逐次型PFF）では、画像処理効率・精度が向上し、1億ボクセル以上の再構成像についても再構成が可能になり、項目Bで利用できる段階になった。凝固組織形成の学理構築（項目B）では、Al合金に加えてBCCおよびFCC構造の3d遷移金属合金、HCP構造のMg、Znについてデンドライトの優先成長方向などの測定を行った。HCP構造の優先成長方向について、予想された優先成長方向と一致しないその場観察の結果が得られ、より詳細な解析を継続している。鉄鋼材料の凝固およびBCC-FCC変態にともなう組織形成では、核生成律速によるBCC/FCCの選択、BCC-FCC変態後の結晶粒粗大化に関する定量的なデータを得た。また、固液共存体の変形では、数千個から数万個の固相粒を含んだ試料の変形について定量的な変形解析を行う手法を開発して、バルク固液共存体の変形の特徴を明らかにすることができた。

在这个主题中，我们开发了一种集成了时间分辨层析成像（4D-CT）和X射线衍射测量（XRD）的方法，以及使用相位场模型（PFM）进行图像处理和重建方法，以便将数据（非结构数据）记录在记录金属材料和其他材料的固体组织形成金属材料和其他材料。此外，我们基于非结构化数据进行了分析，目的是对钢材材料的固化和相变的组织形成动力学的经验理解，建立控制指南以及对固液共存区域的变形动力学的经验理解，并将其发展为物理模型。在我们的研究主题（项目A）共有的实验和计算方法的开发和改进中，XRD检测器是独立设计和组装的，可以同时对4D-CT和XRD进行成像，从而可以观察和测量组织和晶体方向的时间演化。为了提高速度，我们还掌握了梁线和光源的特征，并在下一个财政年度及以后提取了问题。现在，使用PFM（顺序PFF）进行了顺序图像处理和重建，现在有可能改善图像处理效率和准确性，以及重建超过1亿个体素的重建图像的重建，使得在项目B中使用。作为树突生长的首选方向。与HCP结构的预期优先级生长方向不一致的原位观察结果，并继续进行更详细的分析。在与钢材材料和BCC-FCC转化相关的结构形成中，获得了基于限速成核和BCC-FCC转换后的晶粒变形的定量数据。此外，在固液共存体的转换中，开发了一种定量变形分析的方法，该方法对包含数千至成千上万个固相颗粒的样品的变形进行了变形，并阐明了大量固体液体并发物体变形的特征。