[發(fā)明專利]一種含Re、Ru鎳基單晶高溫合金蠕變壽命預(yù)測方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110650656.8
• 申請日: 2021-06-11
• 公開（公告）號: CN113420502B
• 公開（公告）日: 2023-08-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李龍飛;韓宏泳;馮強(qiáng)
• 申請（專利權(quán)）人: 北京科技大學(xué)
• 主分類號: G16C20/30
• 分類號: G16C20/30;G06F30/27;G06N20/20;G06N3/0499;G06N3/084;C22C19/05;G06F119/02;G06F119/14
• 代理公司: 北京金智普華知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11401
• 代理人: 朱艷華

本發(fā)明提供了一種含Re、Ru鎳基單晶高溫合金蠕變壽命預(yù)測方法，涉及鎳基單晶高溫合金領(lǐng)域。該方法基于鎳基單晶高溫合金成分?蠕變條件?蠕變壽命小型數(shù)據(jù)集，利用機(jī)器學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)了兩模型聯(lián)動預(yù)測鎳基單晶高溫合金的蠕變壽命。該方法通過耦合低精度和高精度模型，提高了機(jī)器學(xué)習(xí)在小型數(shù)據(jù)集上的預(yù)測精度，對材料科學(xué)領(lǐng)域一些復(fù)雜且數(shù)據(jù)量較少的機(jī)器學(xué)習(xí)問題具有借鑒意義。此外，該蠕變壽命預(yù)測方法可在數(shù)據(jù)集覆蓋的成分和蠕變條件范圍內(nèi)，對含Re、Ru鎳基單晶高溫合金的蠕變壽命做出快速預(yù)測，在鎳基單晶高溫合金的成分設(shè)計(jì)及優(yōu)化中具有較強(qiáng)工程應(yīng)用意義及廣闊前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鎳基單晶高溫合金領(lǐng)域，具體涉及一種含Re、Ru鎳基單晶高溫合金蠕變壽命預(yù)測方法。

背景技術(shù)

鎳基單晶高溫合金具有優(yōu)異的高溫綜合性能，主要用于制造航空發(fā)動機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)熱端渦輪葉片。為了提高發(fā)動機(jī)的性能、效率和可靠性，單晶高溫合金的研發(fā)非常重要。建立合金成分與高溫力學(xué)性能的定量關(guān)系對鎳基單晶高溫合金的合金成分設(shè)計(jì)和優(yōu)化具有重要指導(dǎo)意義。蠕變壽命是評價鎳基單晶高溫合金高溫力學(xué)性能的重要指標(biāo)。雖然可以通過實(shí)驗(yàn)測定合金的蠕變壽命，但隨著合金的發(fā)展，加入了大量的Re、Ru等貴金屬元素進(jìn)行合金化，導(dǎo)致鎳基單晶高溫合金的制備成本極高。因此，建立鎳基單晶高溫合金的蠕變壽命預(yù)測方法對加速其成分設(shè)計(jì)和優(yōu)化具有十分重要的意義。

傳統(tǒng)的蠕變壽命預(yù)測方法主要包括Larson-Miller參數(shù)法和θ投影法，兩種方法均是根據(jù)短時的實(shí)驗(yàn)室加速蠕變數(shù)據(jù)來估計(jì)合金的長時服役壽命，這意味著對某一合金的蠕變壽命進(jìn)行預(yù)測時，需要先對該合金進(jìn)行大量蠕變實(shí)驗(yàn)來擬合模型參數(shù)。顯然，上述兩種方法無法滿足含Re、Ru的鎳基單晶高溫合金的高效開發(fā)。

近年來，隨著材料基因組理論和數(shù)據(jù)挖掘方法的發(fā)展，基于統(tǒng)計(jì)學(xué)、人工智能和計(jì)算機(jī)科學(xué)的機(jī)器學(xué)習(xí)方法在材料性能預(yù)測、材料設(shè)計(jì)等方面的成功運(yùn)用逐漸引起人們的廣泛關(guān)注。機(jī)器學(xué)習(xí)方法在鎳基高溫合金蠕變性能預(yù)測方面也取得了一定的進(jìn)展，但總體而言均是長期從事鎳基單晶高溫合金設(shè)計(jì)的研究所如NIMS或大型航空發(fā)動機(jī)公司GE等在強(qiáng)大的歷史數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的，而鎳基單晶高溫合金作為一種具有戰(zhàn)略意義的材料，通常研究人員能夠公開獲得的數(shù)據(jù)量是有限的，因此面對數(shù)據(jù)量少、機(jī)制復(fù)雜的問題，如何提高機(jī)器學(xué)習(xí)的預(yù)測能力是關(guān)鍵。

因此，有必要從小型數(shù)據(jù)集出發(fā)，在小數(shù)據(jù)量的情況下盡可能提高機(jī)器學(xué)習(xí)的預(yù)測能力和穩(wěn)定性，建立一種鎳基單晶高溫合金蠕變壽命預(yù)測方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種基于小型數(shù)據(jù)集和機(jī)器學(xué)習(xí)的鎳基單晶高溫合金蠕變壽命預(yù)測方法。該方法可在數(shù)據(jù)集覆蓋的成分和蠕變條件范圍內(nèi)，對含Re、Ru鎳基單晶高溫合金的蠕變壽命做出快速預(yù)測。

一種含Re、Ru鎳基單晶高溫合金蠕變壽命預(yù)測方法，其核心技術(shù)要點(diǎn)為：將高、低精度的兩個機(jī)器學(xué)習(xí)模型結(jié)合起來，利用高精度模型對低精度模型的預(yù)測結(jié)果進(jìn)行判斷和調(diào)整，有效提高了預(yù)測精度。具體的預(yù)測方法如圖1所示，主要包括以下步驟：

1)構(gòu)建數(shù)據(jù)集：收集與鎳基單晶高溫合金蠕變壽命相關(guān)的數(shù)據(jù)，構(gòu)建小型數(shù)據(jù)集，包括合金成分、測試條件及蠕變壽命；

2)針對1)中構(gòu)建的數(shù)據(jù)集，以合金成分、蠕變溫度、蠕變應(yīng)力為輸入，蠕變壽命為輸出，比較不同機(jī)器學(xué)習(xí)算法的預(yù)測能力后，選取BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建壽命模型Model?L；

3)針對1)中構(gòu)建的數(shù)據(jù)集，以合金成分、蠕變溫度、蠕變壽命為輸入，蠕變應(yīng)力為輸出，比較不同機(jī)器學(xué)習(xí)算法的預(yù)測能力后，選取BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建應(yīng)力模型Modelσ；

4)對目標(biāo)合金的蠕變壽命進(jìn)行預(yù)測時，先采用Model?L模型獲得初始預(yù)測壽命值，然后將初始預(yù)測壽命作為輸入傳遞給Modelσ，通過準(zhǔn)確度更高的Modelσ獲得預(yù)測應(yīng)力，再根據(jù)預(yù)測應(yīng)力與實(shí)際測試應(yīng)力的差別對合金的初始預(yù)測壽命值進(jìn)行判斷和調(diào)整。