【摘 要】
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高熵合金（HEA）具有出色强度、硬度、韧性和热力学稳定性,在工程领域有着巨大的应用前景。传统高熵合金的组元元素多为过渡族元素,使得合金整体密度较大,限制了它的进一步应用;同时高熵合金形成机理的研究还不成熟,因此降低高熵合金密度,加深对高熵合金形成机理的认识,已成为该领域的重要研究方向。为实现高熵合金的轻量化与多样化发展,本文通过第一原理计算得到了含镁轻质高熵合金稳定结构,对其力学性质进行了研究。针
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高熵合金（HEA）具有出色强度、硬度、韧性和热力学稳定性,在工程领域有着巨大的应用前景。传统高熵合金的组元元素多为过渡族元素,使得合金整体密度较大,限制了它的进一步应用;同时高熵合金形成机理的研究还不成熟,因此降低高熵合金密度,加深对高熵合金形成机理的认识,已成为该领域的重要研究方向。为实现高熵合金的轻量化与多样化发展,本文通过第一原理计算得到了含镁轻质高熵合金稳定结构,对其力学性质进行了研究。针对轻质合金的晶粒细化问题,提出了通过机器学习预测晶粒尺寸的方法。论文主要研究内容如下:首先建立了体心立方结构与和面立方结构的含镁轻质高熵合金模型,通过形成焓计算,筛选出结构稳定性最强的含镁轻质高熵合金结构MgAlAgNdSn;进一步研究了 Si元素的引入对含镁轻质合金力学性质的影响。研究结果表明适当提高Si元素的含量有利于改善镁合金的塑性。其次,建立了含镁基轻质合金综合性能考量的标准,筛选出了综合性能表现良好的含镁轻质高熵合金结构MgAlAgErSi、MgAlAgGdSi和MgAlAgNdSi。最后通过总结归纳了适用于轻质合金形核与成长的晶粒尺寸模型以及各种模型的使用范围和优缺点。针对传统模型的局限性,提出了一种基于机器学习预测晶粒尺寸的方法,研究结果表明:训练集R2的均值为0.964,测试集的R2均值为0.809,比传统模型预测结果更好。本文对含镁轻质高熵合金MgAlAgXY的试探性研究,可以为高熵合金的设计与开发提供一些有益的指导;利用机器学习方法预测晶粒尺寸,可以加深对金属凝固与形核的理论,对轻质合金实现工业生产和工艺优化有一定的指导意义。
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