multiscale-cmse

Example 1 – Evolution of dendrite

Phase-field 기법을 통해 액상에서 고상으로 응고 될 때 형성되는 수지상(dendrite)의 정성적 형상을 계산할 수 있다.
그림에서 주황색 영역은 수지상 형태의 고상, 흰색 영역은 액상이다. 액상과 고상의 고용 한계 차이로 인해 응고 시 용질 원소는 고상에서 액상으로 확산되기 때문에 고상 주변의 액상은 용질 원소의 농도가 높아진다.
초기 액상 용질보다 농도가 높아질수록 진한 파란색으로 표시되며, 고상 주변의 액상에서 용질 농도가 높아지는 정성적 현상을 잘 구현하고 있다.
응고 형태는 익히 알려진 수지상과 같으며 2차 수지상이 형성되는 것도 잘 구현하고 있다.

Example 2 – Phase transformation and Texture transition

최근 phase-field 기법은 얇은 계면 해석(thin interface analysis)의 도입, 열역학 모델 병합, 다상계로의 기법 확장을 통해 상변태와 미세조직 발현에 대한 정성적 해석을 넘어 정량적 해석에 활용되고 있다.
다상 phase field 모델을 이용하여 Fe-Mn-C 3원계 시스템에서 냉각 시 Austensite에서 ferrite로 어떻게 가는 지 모사할 수 있다.
2개 이상의 상과 3개 이상의 원소들을 고려하면서, 동시에 상변태와 미세조직의 변화를 다루기 위해선 보다 다양하고도 복잡한 phase-field model을 개발해야 한다.

보다 실체적인 미세조직 발현을 다룬 예시 중 하나는 전기강판의 {100} 집합조직 발현을 들 수 있다.
본 연구는 Fe 내 P가 표면에 편석됨에 따라 표면 에너지의 이방성으로 인해 집합조직이 제어될 수 있었음을 보여준다.
본 phase field 모델에서 표면 에너지, 이웃한 결정과의 방위 관계(orientation relation) 및 입계 모양 등 다양한 요인은 결정 성장의 구동력으로 작용했으며, 최종 미세조직은 해당 요인들의 경쟁과 균형에 의해 결정되었다.

Example 3 – Martensitic transformation

현재 Phase field 모델은 기존의 phase-field 모델에 elastic-plastic model을 추가해 열역학 요인 외에 이상조직에 의한 변형 에너지 영향을 고려한 미세조직 연구로 방향으로 확장해 나가고 있다.
아래 그림은 정지계(static system)에서 inclusion 및 void가 있을 때 주변 기지상에 가해지는 stress/strain을 계산한 결과와 이론식을 비교한 것으로 탄성론 모델이 phase-field 모델에 잘 적용되는 것을 확인할 수 있다.