固液共存域変形を含む革新的な等軸晶形成モデル構築と凝固による組織微細化への挑戦

构建创新的等轴晶形成模型，包括固液共存区变形以及通过凝固细化微观结构的挑战

基本信息

批准号：
22KJ2041
负责人：
山中波人
金额：
$ 2.18万
依托单位：
Kyoto Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ2041/
关键词：
固液共存域変形凝固 Multi-phase-field法格子ボルツマン法大規模計算

项目摘要

鋳造過程に生じる固液共存域変形は，凝固欠陥の形成を引き起こす可能性がある一方で，小さな外力で結晶粒の微細化を達成できるため，その現象の高精度な予測が喫緊の課題である．近年，固液共存域変形のその場観察が大型放射光施設を用いることで可能となっているが，系統的評価による現象理解のためには数値シミュレーションが不可欠である．そこで本研究では，合金凝固時の固体運動と変形を含む固液共存域変形を高精度に再現可能な数値モデルを構築し，固液共存域の固体の塑性変形と分断を最適化し，結晶粒微細化を引き起こす最適な条件の探索を目的としている．昨年度はまず，修士課程で構築した固液共存域変形のその場観察を再現可能としたmulti-phase-field格子ボルツマンモデルを用いて，固液共存域変形の2Dシミュレーションを行った．シミュレーション結果から，固液共存域変形に特徴的なダイラタンシーによる局所的な固相率変化が再現できることを確認した．次に固液共存域変形の定量的評価を目的として，小規模計算での固相率の影響評価とGPUスパコンTSUBAME3.0を用いた大規模計算による結晶形態の影響評価を行い，固液共存域変形のせん断帯形成に関する定量的評価・考察を行っており，現在ジャーナル論文投稿に向けて論文執筆を進めている．また，その場観察など実験で行われている固液共存域変形の評価では，外力の与え方に制限があり，単軸引張や単純せん断といった理想的な外力条件下でのせん断帯形成メカニズムを評価することができない．そこで，固液共存域の単純せん断変形を評価可能なモデルを開発し，よりシンプルな条件下でのせん断帯形成の評価を可能とした．現在はこれに関して系統的評価によるせん断帯形成の定量化を試みている．また，固液共存域変形の3Dモデルの開発を行い，固液共存域変形のその場観察の3D変形挙動を再現可能とした．

虽然在铸造过程中发生的固液共存区域变形可能会导致固化缺陷的形成，但有可能用小型外力获得细晶粒，并且对这种现象的高度准确预测是一个紧迫的问题。近年来，使用较大的同步加速器辐射设施，现场观察固定液并存变形已成为可能，但是数值模拟对于通过系统评估理解现象至关重要。因此，在这项研究中，我们构建了一个数值模型，该模型可以准确地重现固液并存面积变形，包括固体液并存面积的运动和高精度固体固液共存区域的变形和变形，并旨在搜索会导致颗粒修补的最佳条件。去年，我们首先使用多相田间晶格Boltzmann模型进行了固定液并存区变形的2D模拟，该模型使我们能够重新创建对我们大师课程中构建的固液并存区变形的原位观察。从仿真结果中，我们证实可以再现固体相比的固体比率变化，这是固液并存变形的特征。接下来，为了定量评估固液并存变形，我们使用GPU超级计算机TSUBAME 3.0进行了小规模的计算和大规模计算晶体形态的计算，定量评估以及对固定区域剪切区域形成的固定区域中的剪切区域的形成，目前是书面纸的剪切区域，并提交了书面纸张。此外，在评估固定液并存区变形（在原位观察结果上进行），对外力的施加方式存在限制，并且在理想的外力条件（例如单轴张力和简单剪切）等理想的外力条件下的剪切条带形成机制也无法评估。因此，我们开发了一个模型，该模型可以评估固液并存区的简单剪切变形，从而在更简单的条件下评估剪切带形成。当前，我们正在尝试通过系统评估来量化剪切区的形成。此外，我们开发了一个3D模型的固液共存面积变形，使我们能够重现固液共存面积变形的原位观察的3D变形行为。