研发铝合金的集成计算材料工程

杜勇^1,2,3，李凯^1,2,3，赵丕植⁴，杨明军^1,2,3，程开明^1,2，魏明^1,2，孔毅^1,2，刘丝靓^1,2,3，许慧霞^1,2，塔娜^1,2，徐凯^1,2,5，张帆^1,2，李晗^1,2,5，金展鹏^1,2,5

1. 中南大学粉末冶金国家重点实验室2. 中南大学中德铝合金微结构联合实验室3. 中南大学材料微结构研究所4. 中铝科学技术研究院有限公司5. 中南大学材料科学与工程学院

摘 要：用于铝合金的集成计算材料工程是将微观（10-10¹0-8m）、细观（10-8¹0-4m）、介观（10-4¹0-2m）和宏观（10-2¹0 m）等多尺度计算模拟和关键实验集成到铝合金设计开发的全过程中,通过成分-工艺-结构-性能的集成化,把铝合金的研发由传统经验式提升到以组织演化及其与性能相关性为基础的科学设计上,从而大大加快其研发速度,降低研发成本。本文详细阐述了原子尺度模拟、相图计算、相场、元胞自动机和有限元等计算模拟方法及微结构表征和性能测定的实验方法,论述了其在铝合金研发中所发挥的具体作用。基于集成计算材料工程,提出了从用户需要、设计制备和工业生产3个层面研发铝合金的具体框架。通过2个应用实例,展示了集成计算材料工程在铝合金研发中的强大功能,这也为新型铝合金及其它新材料的设计和开发提供了新模式。

关键词：铝合金;集成计算材料工程;多尺度模拟;数据库;应用;