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主管单位 中华人民共和国
工业和信息化部
主办单位 中国材料研究学会
哈尔滨工业大学
主编 苑世剑 国际刊号ISSN 1005-0299 国内刊号CN 23-1345/TB

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引用本文:张伟彬,杜勇,彭英彪,李娜,周鹏,程开明,张聪,张忠健,王社权,徐涛,陈伟民,陈利,谢文,温光华,龙坚战,张颢,刘向忠,金展鹏.研发硬质合金的集成计算材料工程[J].材料科学与工艺,2016,24(2):1-28.DOI:10.11951/j.issn.1005-0299.20160201.
ZHANG Weibin,DU Yong,PENG Yingbiao,LI Na,ZHOU Peng,CHENG Kaiming,ZHANG Cong,ZHANG Zhongjian,WANG Shequan,XU Tao,CHEN Weimin,CHEN Li,XIE Wen,WEN Guanghua,LONG Jianzhan,ZHANG Hao,LIU Xiangzhong,JIN Zhanpeng.Integrated Computational Materials Engineering (ICME) for developing the cemented carbides[J].Materials Science and Technology,2016,24(2):1-28.DOI:10.11951/j.issn.1005-0299.20160201.
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研发硬质合金的集成计算材料工程
张伟彬1, 杜勇1, 彭英彪1,4, 李娜1, 周鹏1, 程开明1, 张聪1, 张忠健2, 王社权3, 徐涛2, 陈伟民1,陈利1, 谢文3, 温光华3, 龙坚战2, 张颢2,刘向忠2,金展鹏1
(1.粉末冶金国家重点实验室(中南大学),长沙 410083;2.硬质合金国家重点实验室(硬质合金集团有限公司),湖南 株洲 412007;3.株洲钻石切削刀具股份有限公司,湖南 株洲 412007;4.湖南工业大学 冶金工程学院,湖南 株洲 412007)
摘要:
用于研发硬质合金的集成计算材料工程是将微观(10-10~10-8 m)、细观(10-8~10-4 m)、介观(10-4~10-2 m)和宏观(10-2~10 m)等多尺度计算模拟和关键实验集成到硬质合金设计开发的全过程中,通过成分-工艺-结构-性能的集成化分析,把硬质合金的研发由传统经验式提升到科学设计,从而大大加快硬质合金材料的研发速度,降低研发成本.本文详细阐述了第一性原理计算、CALPHAD方法、相场模拟和有限元模拟等计算模拟方法及各种微结构表征和性能测定的实验方法,论述了其在硬质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的3个层面研发硬质合金的具体框架.通过应用实例,展示了集成计算材料工程在新型硬质合金研发中的强大功能,为新型硬质合金的设计和开发提供了新模式.
关键词:  硬质合金  集成计算材料工程  多尺度模拟  关键实验  应用
DOI:10.11951/j.issn.1005-0299.20160201
分类号:TG135+.5
文献标识码:A
基金项目:国家自然科学基金资助项目(51371199);工业信息化部项目(2015ZX04005008);超细硬质合金项目(201403003).
Integrated Computational Materials Engineering (ICME) for developing the cemented carbides
ZHANG Weibin1, DU Yong1, PENG Yingbiao1,4, LI Na1, ZHOU Peng1, CHENG Kaiming1, ZHANG Cong1, ZHANG Zhongjian2, WANG Shequan3, XU Tao2, CHEN Weimin1, CHEN Li1, XIE Wen3, WEN Guanghua3, LONG Jianzhan2,ZHANG Hao2, LIU Xiangzhong2, JIN Zhanpeng1
(1.State Key Laboratory of Powder Metallurgy, Central South University, Changsha 410083, China; 2.State Key Laboratory of Cemented Carbides, Zhuzhou 412007, China; 3. Zhuzhou Cemented Carbide Cutting Tools Limited Company, Zhuzhou 412007, China; 4. School of Metallurgical Engineering, Hunan University of Technology, Zhuzhou 412007, China)
Abstract:
The ICME (Integrated Computational Materials Engineering) for cemented carbides aims to combine key experiments with multi-scale numerical simulations from nano (10-10~10-8 m) to micro (10-8~10-4 m) to meso (10-4~10-2 m) and to macro (10-2~10 m) during the whole R&D (research and development) process of cemented carbides. Using integrated analysis of the composition-processing-structure-properties, the methodology for developing cemented carbides is promoted from trial and error to scientific design, which will significantly speed up the R&D of cemented carbides and reduce the costs. In this paper, multi-scale simulation approaches including Ab-initio, CALPHAD (CALculation of PHAse Diagram), phase field, and finite element method together with experimental methods characterizing structure and properties are elaborated. The function of each method in the R&D of cemented carbides is carefully discussed. Based on ICME, the framework for R&D of cemented carbides, involving end-user demand, product design and industrial design, is established. Several application examples are presented to describe the important role of ICME during the development stage of cemented carbides, which provides an innovative pattern for R&D of advanced cemented carbides.
Key words:  cemented carbides  ICME  multi-scale numerical simulations  key experiments  application

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