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^1,2，李娜¹，周鹏¹，程开明¹，张聪¹，张忠健³，王社权⁴，徐涛³，陈伟民¹，陈利¹，谢文⁴，温光华⁴，龙坚战³，张颢³，刘向忠³，金展鹏¹

1. 粉末冶金国家重点实验室(中南大学)2. 湖南工业大学冶金工程学院3. 硬质合金国家重点实验室(硬质合金集团有限公司)4. 株洲钻石切削刀具股份有限公司

摘 要：用于研发硬质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;