基于机器学习的增材制造用高温合金设计:研究现状与未来趋势

机器学习辅助材料设计是一种高效的合金设计方法,该方法结合高通量计算/实验技术能够极大推动材料领域的发展。然而,目前材料研究者尚未充分利用该方法。针对上述问题,详细介绍了基于机器学习的高温合金设计的基本方法,包括数据收集与预处理、模型建立与训练、合金性能预测等步骤,阐述了增材制造用高温合金的设计现存困难和亟待解决“权衡裂纹敏感性与高温性能”的关键问题,深入分析了机器学习在增材制造用高温合金设计中的必要性。从高温合金数据获取、性能预测、合金设计等方面梳理了机器学习辅助增材制造用高温合金设计的应用现状,指出了该领域目前存在的数据来源、建模范式、模型的应用与推广等核心问题,并对该领域后续的发展提供了建议。

计算热力学数据库驱动的高效合金设计及应用研究

文章基于所构建的Al-Si-Mg-Sc热力学数据库,通过构筑含Sc的A357、A360、A380亚共晶和A391过共晶Al-Si-Mg合金的凝固相图,研究Sc对不同合金凝固行为及凝固微结构的影响。根据合金微观结构与力学性能的定量关系,进一步制定Sc在不同合金中的最佳添加量,通过制备关键合金并测定其相应的微观结构和力学性能,验证所提出的合金设计理念在铸造铝合金中具有普适性,以期提供一种高效合金设计策略。

TiAl金属间化合物的合金设计及研究现状

分析合金元素对TiAl合金晶体结构及组织性能的影响。采用高合金化(如高Nb,V,Cr,Mn等)引入高温β相,使TiAl合金具有较好的可成形性。添加少量C,B,RE等元素改善TiAl合金组织和性能。介绍热处理及热机械处理控制TiAl合金显微组织的方法。概述TiAl合金成形技术及应用,并分析TiAl合金的发展趋势。

1500MPa级经济型贝氏体/马氏体复相钢的合金设计

综述了贝氏体 /马氏体复相组织对钢强韧性的影响及残留奥氏体对钢延迟断裂性能的影响。在清华大学贝氏体研究及推广中心工作积累的基础上 ,设计了一种新的 1 50 0MPa级经济型贝氏体 /马氏体复相钢。该钢奥氏体化后空冷就可获得贝氏体 /马氏体复相组织 ,经低温回火后 ,钢的抗拉强度σb≥ 1 50 0MPa ,屈服强度σ0 .2 ≥ 1 2 0 0MPa ,伸长率δ5≥ 1 4% ,断面收缩率 ψ≥57% ,室温冲击韧度aku≥ 1 0 9J/cm2 。

高电导率耐热铝合金导体材料的合金设计

耐热铝合金导线的耐热机理是采用微合金化元素提高铝基体的再结晶温度。提高耐热铝合金导线电导率的措施是优选微合金元素和工业纯铝,降低微合金元素和杂质元素对铝基体导电性的影响。在分析Zr、Er、Y等微合金元素对铝导体再结晶温度和导电性影响的基础上设计出了Al-Er-Y和Al-Er-Y-B系耐热铝合金导体材料。采用优选Al99.70重熔用铝锭和Al-Er、AlY、Al-B中间合金制备了Al-Er-Y-(B)耐热铝合金导线。结果表明,Al-0.1~0.2Er-0.1~0.2Y-0~0.03B合金导线的抗拉强度≥160 MPa、伸长率(200 mm标距)≥2%、导电率(20℃)≥61%IACS、230℃退火1 h后的强度残存率≥90%。

镍基高温合金设计的研究进展

简述了近年来高温合金设计的研究进展,分析和讨论了蠕变性能、微观组织稳定性、铸造性能、密度和成本等方面因素在合金设计中的影响。并具体论述了相计算方法、d电子理论、多元回归法、相图计算方法等高温合金设计方法的设计思路、理论基础及应用。最后,结合高温合金的使用要求,对未来高温合金设计的研究方向和发展趋势进行了探讨和展望。

半固态铝合金设计与试验研究

在半固态加工的基本原理基础上采用合金热力学计算方法设计了Al Si Mg系半固态新合金 ,并进行了初步的试验验证。结果表明 ,新合金在铸态和半固态下的组织和力学性能特点与预测结果基本一致 ,并且发现适当增加Mg ,Si含量可以改善铝合金半固态加工性能和提高合金的力学性能。这对进一步开发新型的实用半固态合金具有一定的指导作用。

合金相结构因子和界面结合因子的计算方法及其在合金设计中的应用

以固体与分子经验电子理论（EET）和改进的Thomas－Fermi－Dirac（TFD）理论为基础，以合金奥氏体、合金马氏体及其界面为例，给出了相结构因子nA，F，S和界面结合因子ρ，Δρ，σ的计算方法计算了常用合金元素在0．2％C和1．0％C钢中的相结构因子和界面结合因子用相结构因子和界面结合因子阐述了强韧性良好的20CrNi3钢和20Cr2Ni4钢的强韧化机制和耐磨性极高的ZGMn13耐磨钢的耐磨机制，并用相结构因子和界面结合因子预言了一种强韧性更高的Cr－Ni－W－V－0．2％C钢，结果与实际符合良好．

基于d电子合金设计方法的生物医用新型亚稳β钛合金的设计及性能研究

依据d电子合金设计方法,采用无细胞毒性的合金元素Nb和Zr,从理论上设计了一种具有较低弹性模量的生物医用新型亚稳β钛合金Ti-35Nb-10Zr,并研究了该合金铸锭的基本力学性能。结果表明:该合金的弹性模量值低于传统的用于体内植入的Ti-6Al-4V合金,有望成为一种比较有前途的新型体内植入材料。

TiAl合金设计与成形方法

介绍了TiAl基金属间化合物的研究背景与应用前景 ;论述了该类合金的成分设计与组织设计 ,指出合金元素的加入呈现出少量多元的趋势 ;分析了该类合金的几种常用成形方法 ,即精密铸造、粉末冶金和超塑性成形 。

激光熔覆进展与熔覆合金设计

激光熔覆是现代表面改性制造技术中的一种极有发展前途的高新技术 ,围绕激光熔覆中几个关键性问题 ,评述了该项技术近年来的研究与应用现状 ,还对激光熔覆材料体系及其设计进行了讨论 。

高强度螺栓钢的合金设计和性能

从强韧性、耐延迟断裂性和冷变形性三个方面介绍了高强度螺栓钢的设计思路和前期研究结果,并在此基础上设计出一种1500MPa级的高强度螺栓钢。研究结果表明,新钢种具有微细的显微组织和良好的强韧性配合,并且其缺口敏感性、冷变形性及耐延迟断裂性能均优于或等同于常用的12.9级高强度螺栓钢42CrMo,这表明新钢种有可能用作14.9级高强度螺栓钢。

d-电子合金理论在钛合金设计中的应用

介绍了d-电子合金理论及其在钛合金中的应用,该理论可表征合金元素电子结构的基本参数(Bo和Md),可对钛合金的分类、固溶强化影响加以合理描述。目前,该理论已在低弹性模量医用钛合金的设计中得到应用;通过对该理论存在问题的探讨,认为该方法可广泛应用于钛合金设计。

管线钢的合金设计

要生产出更高强韧性的管线钢 ,必须对其进行合理的合金设计。系统总结了管线钢合金设计的基本思想 ,力求为研制综合性能更佳的管线钢指明方向。

新型半固态铝合金设计与优化选择研究

结合半固态加工基本原理利用热力学计算方法设计出了新型半固态铝合金主成分Al-6%Si-2%Mg,利用实验方法优化选择了微量元素Zr、Sr。结果显示,合金中Zr含量为0.10￣0.14%,Sr含量为0.02￣0.04%的新合金AlSi6Mg2表现出良好的半固态组织和力学性能。

d电子合金理论及其在合金设计中的应用

本文介绍了近年来发展起来的d-电子合金理论及其在合金设计中的应用。该理论以分子轨道计算为基础,导出表征合金元素电子结构的基本参数后,对合金的各种行为加以合理描述。是迄今为止少数几种可用于指导实用型合金设计的理论之一。可根据实际要求设计各种具有特殊性能的合金。

应用d电子合金设计理论优化GH907合金组织及持久性能

硅对 GH 90 7合金基体γ及γ′稳定性产生显著影响。Si含量高于 0 .45 at% ,合金中析出颗粒状laves相 ,且随 Si含量增加 ,ε,L aves等第二相数量增多。适宜的第二相体积分数及分布有益于持久性能。应用 d-电子合金设计理论 (即新相分计算法 New PHACOMP)对该合金第二相析出倾向进行综合评价 ,得出随 Si含量增加 ,TCP相的析出倾向增强 ,合金适宜的 Mdγ范围为 Mdγ:0 .85 8～ 0 .86 7或 Mdγ′:1.112～1.132。

相图热力学计算在新型钴基高温合金设计中的应用

利用CALPHAD方法建立了Co-Ni-Al-W-Cr新型钴基高温合金热力学数据库,阐述了相图热力学在指导合金设计中的作用,并应用该数据库预测了Co-Ni-W-Cr四元系合金和Co-Ni-Al-W-Cr五元系合金的相平衡关系,分析了Ni含量对Co-Al-W基高温合金γ/γ'相平衡的影响,进一步证明热力学数据库将为开发新型钴基高温合金提供理论支撑.

耐热镁合金的合金设计及组织控制

结合近年来新型耐热稀土镁合金方面的研究进展,对耐热镁合金合金设计及组织控制的研究现状进行了简要评述,提出了尚待研究的问题,并对耐热镁合金的发展进行了展望.

相图及其在钛电解新工艺和钛合金设计中的应用

相图是材料设计的指导书、冶金工作者的地图和热力学数据的源泉。简要概述了近年来相图计算研究的进展,举例说明了Ti-C-O三元系及其亚二元系相图在钛电解新工艺研究中的应用及Ti-Al相图在钛合金设计中的应用,并在文献中列出了新的可靠的合金和化合物相图的来源。最后指出,进一步测定Ti-C-O三元系中TiC-TiO固溶体的精确固溶范围及其与其它相的相关系对于直接电解TiO2提取金属钛新工艺的工业化有重要意义。