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物理冶金信息指导机器学习的镍基单晶高温合金蠕变寿命预测 被引量：5
1
作者 付佳博 王晨充 +3 位作者 MATEO Carlos Gracia CARABALLO Isaac Toda CABALLERO Francisca Garcia 于皓 《中国材料进展》 CAS CSCD 北大核心 2023年第9期722-731,共10页
蠕变寿命是影响镍基单晶高温合金材料服役寿命和力学性能的关键材料参数。因此,如何准确有效地预测合金的蠕变寿命具有重要现实意义。尽管多年来许多研究学者已经建立起多种蠕变寿命的预测模型,但是由于不同温度应力下的蠕变机制复杂且... 蠕变寿命是影响镍基单晶高温合金材料服役寿命和力学性能的关键材料参数。因此,如何准确有效地预测合金的蠕变寿命具有重要现实意义。尽管多年来许多研究学者已经建立起多种蠕变寿命的预测模型,但是由于不同温度应力下的蠕变机制复杂且蠕变过程涉及长时间的显微组织演化,已有模型尚难以实现有效预测。对此,采用物理冶金原理指导下的数据挖掘结合机器学习这一研究策略,通过文献调研建立起了高温低应力下的镍基单晶合金的高质量蠕变数据集,在物理冶金原理指导下对原始数据进行挖掘,提高了原始数据的内在质量,并基于Pearson系数和随机森林平均精确度降低值分别对原始数据特征进行了相关性分析和重要性评估,表明所建立的数据集符合基本的物理冶金学机制,同时阐明了引入的三维物理冶金信息对于蠕变寿命预测的重要意义。随后,基于机器学习方法在数据挖掘后的数据集上对合金的蠕变寿命进行了预测,并根据平方相关系数(R~2)、平均绝对误差(MAE)和过拟合程度评估了不同的机器学习模型。结果表明,支持向量回归(SVR)模型在本研究中具有较好的泛化能力且不容易过拟合,同时结合了物理冶金信息的机器学习模型拥有更好的预测准确性和泛化能力。最终成功地建立起了高温低应力下镍基单晶高温合金成分、工艺以及引入的物理冶金参数和蠕变寿命之间的关系,能够实现对镍基单晶高温合金蠕变寿命的有效预测,并有望应用于基于合金服役条件的成分工艺的反向设计。 展开更多
关键词 镍基单晶高温合金 机器学习 蠕变寿命 高温低应力
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镍基单晶高温合金元素掺杂对力学性能影响的第一性原理研究
2
作者 彭勃 陈银萍 +8 位作者 王彧 陈卉 史振学 宋洋 张逢洋 MATEO Carlos Garcia CARABALLO Isaac Toda 杨泽南 于皓 《航空材料学报》 北大核心 2025年第3期142-154,共13页
镍基单晶高温合金的力学性能和热稳定性在很大程度上取决于基体与强化相之间的界面。本工作采用密度泛函理论研究Co、Cr、Mo、W、Re和Ta合金元素对γ-Ni/γ′-Ni_(3)Al界面力学性能的影响规律。通过界面结构的收敛性分析,确定合理的计... 镍基单晶高温合金的力学性能和热稳定性在很大程度上取决于基体与强化相之间的界面。本工作采用密度泛函理论研究Co、Cr、Mo、W、Re和Ta合金元素对γ-Ni/γ′-Ni_(3)Al界面力学性能的影响规律。通过界面结构的收敛性分析,确定合理的计算模型层数。通过合金弹性性能的研究,发现Re和W元素在γ和γ′相中表现出最为显著的强化效果,其中Re元素使γ相杨氏模量和剪切模量分别提升27GPa和11GPa,使γ′相杨氏模量和剪切模量分别提升16GPa和6GPa;而Ta元素分别使γ和γ′相体模量增加21GPa和14GPa。界面拉伸性能的研究表明,Re元素掺杂体系具有最高的理想抗拉强度(约25GPa)和变形能(约1.84J·m^(-2)),合金元素对界面抗拉强度的强化效果由强到弱依次为Re>W>Cr>Mo>Ta>Co>未掺杂界面。通过对差分电荷密度和电子态密度分析,得到合金元素的强化作用归因于掺杂原子与最近邻主原子之间化学键强度的增加。电子轨道分布特征表明,合金元素通过维持局部结构稳定性来延缓界面断裂。这些研究结果为开发新型镍基单晶高温合金提供思路。 展开更多
关键词 镍基单晶高温合金 γ/γ′界面 力学性能 电子结构 第一性原理计算
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Al-Si合金表面析出行为及调控机制
3
作者 王健东 杨兴铭 +4 位作者 杨寿奎 MATEO Carlos Garcia CARABALLO Isaac Toda 于皓 徐伟 《燕山大学学报》 CAS 北大核心 2023年第6期506-518,共13页
表面处理在合金制备过程中应用广泛,其中通过调控表面析出行为来改变表面性质是一种简单易操作的合金表面处理方式。然而目前合金表面析出形核及长大的影响因素不明,制约了析出行为调控的有效实现。本文基于Al-Si合金体系,分别通过改变... 表面处理在合金制备过程中应用广泛,其中通过调控表面析出行为来改变表面性质是一种简单易操作的合金表面处理方式。然而目前合金表面析出形核及长大的影响因素不明,制约了析出行为调控的有效实现。本文基于Al-Si合金体系,分别通过改变表面粗糙度及表面应力状态的处理方式,以及分步退火工艺及直接退火工艺的热处理方法,系统性地研究了不同表面状态及不同热处理工艺对表面析出热动力学的影响规律及机制。实验结果表明,直接退火工艺下,表面析出相沿平行于表面方向及垂直表面方向的析出行为与表面粗糙度及应力状态的分布并无明显关联。而在分步退火工艺下,表面析出相表现出显著的沿划痕内部、压痕边部等大曲率表面特异性生长的趋势。对析出行为定量统计以及热动力学机制的分析指出,表面析出相的形核热力学并未受到表面曲率改变的显著影响,而其长大速率在大曲率表面处有较为明显的提高。此现象的发现与机制的阐释可为表面析出行为的定量调控提供指导。 展开更多
关键词 析出相 表面粗糙度 表面应力 热动力学
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