北海道大学 研究シーズ集

Nanotechnology / Materials

金属材料の組織予測シミュレーション技術の開発

大野 宗一 教授 Munekazu Ohno
博士(工学)

凝固から固相変態まで

構造材料や機能材料の製造プロセスでは、凝固、熱処理、塑性加工において様々な材料組織が形成し、その材料組織の特徴が材料の特性を決めています。凝固から固相変態までの一連の材料組織変化を予測するシミュレーション法の開発を行っています。

研究の内容

金属材料の凝固、結晶粒成長、拡散固相変態など、製造プロセスで生じる一連の相変態における材料組織の時間変化を予測する手法の開発と応用を行っています。特に、組織形成シミュレーション手法であるフェーズフィールド・モデルの開発に従事し、拡散相変態を世界最高精度で計算するモデルの開発に成功しています。また、実験的アプローチ、分子動力学法による原子論的アプローチ、さらにはデータ同化、機械学習といった情報科学のアプローチを組み合わせて、種々の合金系における材料組織制御に取り組んでいます。超大規模計算によって組織形成の新しい学理を開拓し、実プロセスの最適化につながる成果を得ています。

社会実装への可能性

  • 鉄鋼材料をはじめとする各種金属系構造材料の製造プロセス最適化に用いることが可能です。開発した一部のモデルは、SIP「革新的構造材料」の金属MIシステムに実装される予定です。

産業界や自治体等へのアピールポイント

このシミュレーション手法は、鋳塊の歩留まり向上、品質向上、材料特性を目的としたプロセス設計において活用された実績があり、現在においてもその応用範囲が拡張しています。既に多くの現象をターゲットにできますが、扱える現象の範囲も年々拡張されています。

関連情報

2018/4/3公開