Base de données de fatigue des alliages métalliques complexes

Données scientifiques volume 10, Numéro d'article : 447 (2023) Citer cet article

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Les dernières décennies ont été témoins de progrès rapides dans la recherche et le développement d'alliages métalliques complexes tels que les verres métalliques et les alliages à plusieurs éléments principaux, qui offrent de nouvelles solutions pour résoudre les problèmes d'ingénierie des matériaux tels que le conflit résistance-ténacité et le déploiement dans des environnements difficiles. et/ou pour un service à long terme. Une base de données sur la fatigue (FatigueData-CMA2022) est compilée à partir de la littérature d'ici la fin de 2022. Les données sur les verres métalliques et les alliages à plusieurs éléments principaux sont incluses et analysées pour leurs statistiques et leurs modèles. L'extraction automatique et l'examen manuel sont combinés dans le flux de travail pour améliorer l'efficacité du traitement, la qualité des données publiées et la réutilisabilité. La base de données contient 272 ensembles de données de fatigue de données SN (la relation contrainte-durée de vie), ε-N (la relation déformation-durée de vie) et da/dN-ΔK (la relation entre le taux de croissance des fissures de fatigue et la plage de facteurs d'intensité de contrainte). , ainsi que les informations sur les matériaux, les conditions de traitement et d'essai et les propriétés mécaniques. La base de données et les scripts sont publiés dans des référentiels ouverts, conçus dans des formats pouvant être continuellement étendus et mis à jour.

Les matériaux métalliques sont si importants que le développement historique de la civilisation humaine peut être représenté par leur utilisation (Fig. 1a). La recherche et le développement d'alliages métalliques incarnent et promeuvent les progrès des sciences des matériaux, des outils expérimentaux et des processus de fabrication. Les premiers développements d’alliages avancés se font en grande partie de manière empirique, par essais et erreurs. Des méthodes théoriques et numériques1,2,3,4 basées sur la physique et la chimie des métaux se sont progressivement établies au XXe siècle. Cependant, il reste difficile de résoudre la complexité qui relie les microstructures des alliages métalliques à leurs performances. Même dans la limite des monocristaux (SC) où les joints de grains (GB) sont éliminés pour gagner des performances mécaniques à haute température exceptionnelles5, des défauts tels que les réseaux de dislocations évoluent avec la déformation plastique et perturbent la perfection des structures cristallines. Récemment, l'exploration de matériaux dotés de nano- ou microstructures prédéfinies, tels que les alliages nanocristallins (NC), nanojumelés (NT) et fonctionnellement classés (FG), rencontre un grand succès dans la découverte d'alliages hautes performances. Par exemple, le renforcement GB (également connu sous le nom d’effet Hall-Petch6,7) guide le développement d’alliages à haute résistance en affinant les grains à un niveau spécifique8. Des recherches ont également été consacrées au développement d'alliages métalliques complexes tels que les verres métalliques (MG) et ceux comportant plusieurs éléments principaux sont proposés et fabriqués9,10. Il a été démontré que l’hétérogénéité chimique et structurelle est capable d’empêcher les glissements cristallographiques et d’améliorer la résistance et la ténacité11,12.

Complexité des alliages métalliques. (a) Le développement des alliages métalliques, de la technologie de production, des critères de conception technique et de la science. La chronologie est adaptée à différentes périodes pour la clarté de la présentation. Chaque barplot circulaire présente les niveaux de quatre propriétés des alliages métalliques avec son nom marqué au centre. « AM » désigne les alliages fabriqués de manière additive, « MG » désigne le verre métallique et « MPEA » désigne l'alliage à plusieurs éléments principaux. Le quart supérieur gauche indique la complexité du matériau, comme illustré dans le panneau b. Le quart supérieur droit dénote la connaissance humaine du matériau. Le quart inférieur gauche indique la gamme d’applications du matériau. Le quart inférieur droit indique le potentiel du matériau à développer avec des performances mécaniques supérieures. (b) La complexité des alliages métalliques comprend la composition chimique, les structures au niveau atomique et les microstructures. La complexité des MG et des MPEA dans chaque aspect est mise en évidence.

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>