База данных усталости сложных металлических сплавов

Научные данные, том 10, Номер статьи: 447 (2023) Цитировать эту статью

528 Доступов

1 Альтметрика

Подробности о метриках

За последние несколько десятилетий мы стали свидетелями быстрого прогресса в исследованиях и разработках сложных металлических сплавов, таких как металлические стекла и сплавы с множеством основных элементов, которые предлагают новые решения для решения инженерных проблем материалов, таких как конфликт прочности и вязкости и применение в суровых условиях. и/или для долгосрочной службы. К концу 2022 года на основе литературы будет составлена база данных усталости (FatigueData-CMA2022). Включены данные как для металлических стекол, так и для сплавов с несколькими основными элементами, которые анализируются на предмет их статистики и закономерностей. Автоматическое извлечение и ручное исследование объединены в рабочий процесс для повышения эффективности обработки, качества публикуемых данных и возможности повторного использования. База данных содержит 272 набора данных по усталости: SN (зависимость «напряжение-долговечность»), ε-N (зависимость «деформация-долговечность») и da/dN-ΔK (зависимость между скоростью роста усталостной трещины и диапазоном коэффициента интенсивности напряжений). , вместе с информацией о материалах, условиях обработки и испытаний, а также механических свойствах. База данных и скрипты публикуются в открытых репозиториях, которые разработаны в форматах, которые можно постоянно расширять и обновлять.

Металлические материалы настолько важны, что историческое развитие человеческой цивилизации можно представить по их использованию (рис. 1а). Исследования и разработки металлических сплавов воплощают и способствуют достижениям в области материаловедения, экспериментальных инструментов и производственных процессов. Ранняя разработка современных сплавов осуществлялась в основном эмпирическим путем, методом проб и ошибок. Теоретические и численные методы1,2,3,4, основанные на физике и химии металлов, постепенно утвердились в 20 веке. Тем не менее, остается сложной задачей решить проблему, которая связывает микроструктуру металлических сплавов с их характеристиками. Даже в пределе монокристаллов (SC), где границы зерен (GB) устраняются для достижения исключительных высокотемпературных механических характеристик5, такие дефекты, как дислокационная сеть, развиваются при пластической деформации и нарушают совершенство кристаллических структур. В последнее время исследование материалов с заранее разработанной нано- или микроструктурой, таких как нанокристаллические (NC), нанодвойники (NT) и функционально-сортированные (FG) сплавы, увенчалось большим успехом в открытии высокоэффективных сплавов. Например, GB-упрочнение (также известное как эффект Холла-Петча6,7) направляет разработку высокопрочных сплавов путем измельчения зерен до определенного уровня8. Исследования также были посвящены разработке сложных металлических сплавов, таких как металлические стекла (МГ), а также сплавы с несколькими основными элементами, предлагаемые и производимые9,10. Показано, что химическая и структурная неоднородность способна препятствовать кристаллографическому скольжению и улучшать прочность и вязкость разрушения11,12.

Сложность металлических сплавов. а) Разработка металлических сплавов, технологии производства, критериев технического проектирования и науки. Временная шкала масштабирована по разным периодам для наглядности изложения. Каждая круглая гистограмма представляет уровни четырех свойств металлических сплавов с названием, указанным в центре. «AM» обозначает сплавы, изготовленные аддитивным способом, «MG» обозначает металлическое стекло, а «MPEA» обозначает сплав с множеством основных элементов. Верхняя левая четверть обозначает сложность материала, как показано на панели b. Верхняя правая четверть обозначает знание материала человеком. Левая нижняя четверть обозначает область применения материала. Нижняя правая четверть обозначает потенциал разработки материала с превосходными механическими характеристиками. (б) Сложность металлических сплавов включает химический состав, структуру атомного уровня и микроструктуру. Подчеркнута сложность MG и MPEA в каждом аспекте.

3 is not open-sourced. We thus do not fine-tune the GPT model and proceed with manual data correction. The product data can be used as training sets for GPT and alternative LLMs such as LLaLMA71 and GLM72./p>98%. We include 61/65 datasets of the recent collection of HEA fatigue data38. There are 4 datasets not included for the data are not reported in standard S-N format or the articles are not in the WoS records. These two databases can be used for mutual verification of the common records, which may increase the credibility of open data for the end users. We find that both the contents and formats of literature-derived databases can be different and complementary due to the different perspectives, demands, and experiences of researchers. Guidelines and standards can help the fusion of these databases. In comparison, more parameters in the metadata are included in our database (e.g. affiliations, countries, funding sources, DOIs), surface conditions, and processing techniques (e.g. thickness reduction of rolling, types of cooling, times of remelting), which are released in more flexible and organized hierarchical formats (JSON and MAT) in addition to the accompanying EXCEL document. The data records of grain size are added to our database as inspired by ref. 38./p>10%. Figure 4a shows that MGs, and MPEAs form clusters in the space of composition. The major elements of a specific MPEA usually accommodate the same atomic-level structures, such as Co, Cr, Fe, Mn, and Ni for FCC, or Ti, Zr, Nb, Hf, and Ta for BCC. Adding elements with distinctly different atomic-level structures can lead to precipitation76. On the other hand, MGs may contain metallic and semiconductor elements with different atomic-level structures from their own crystal phases, which promotes the formation of amorphous structures. MPEAs reported in the literature span over a narrower composition space than MGs, which could be attributed to the difficulties in obtaining single phases of solid solutions with multiple principal elements and the relatively shorter research and development history of MPEAs. The numbers of major elements are generally n ≤ 3 for MGs and ≥3 for MPEAs. High-entropy MGs (n > 3) are also studied and some of them feature similar chemical composition as those of MPEAs77./p>