Grain growth prediction with inclination dependence of tilt grain boundary using multi-phase-field model with penalty for multiple junctions

粒界多重点の運動を考慮したマルチフェーズフィールド法による傾角粒界の粒成長予測

廣内 智之*; 都留 智仁   ; 渋谷 陽二*

Hirouchi, Tomoyuki*; Tsuru, Tomohito; Shibutani, Yoji*

粒界におけるミスフィットと界面移動度の再現のため、粒界の多重点の高次項を表現するマルチフェイズフィールド(MPF)モデルを提案した。ここで、分子動力学法によって得られた粒界エネルギーを用いることで、粒界のエネルギーカスプなどのより詳細な界面特性の情報をMPFモデルと連結した。その結果、導入した高次項により安定した粒移動が再現され、さらに変形双晶が残る材料に対する再結晶の組織の挙動を再現することが可能になった。

Multi-phase-field (MPF) model with a higher-order term representing energetic penalty for multiple junctions was proposed to predict the grain growth accompanying the inclination dependence of grain boundary (GB) energy and mobility. The inclination effect was introduced on the basis of GB energy obtained from molecular dynamics simulations. The preliminary grain growth simulation of an isolated grain surrounded by GB certified that the analytical equilibrium shape was well reproduced. The augmented higher-order term added to conventional MPF model could improve convergence and stability of numerical calculations around triple junction (TJ) region even if there exists the large GB energy gap at the TJ. For the polycrystalline grain growth simulations with the GB energy distribution according to the misorientation angle of Al tilt GB, GB inclination lead the weak anisotropy characterized by twin boundary.