Interface-based design: A new frontier of alloy development

基于界面的设计:合金开发的新领域

基本信息

  • 批准号:
    493727-2016
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 16.62万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    加拿大
  • 项目类别:
    Strategic Projects - Group
  • 财政年份:
    2018
  • 资助国家:
    加拿大
  • 起止时间:
    2018-01-01 至 2019-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The development of new alloys for lightweight materials and products can be significantly expedited by using integrated computational materials engineering (ICME) tools to accurately predict the microstructures which are the "fingerprints" that give a metal or alloy its unique properties. The interaction of alloying elements with migrating interfaces (grain boundaries and phase-interfaces) is a key aspect that determines microstructure evolution during thermo-mechanical processing. There is, however, a lack of thermodynamic and kinetic data for interfaces. Recent advances in atomic scale resolution characterization techniques and atomistic modelling have dramatically increased the potential to generate new knowledge on interfaces thereby enabling to revolutionize alloy design approaches. To develop a new interface-based design approach this projects brings together a group of Canada's leading computational material scientists with experimentalists at the Canadian Centre for Electron Microscopy. The approach will be illustrated for next generation advanced high-strength steels that will be critical in lightweight vehicle designs to reach the Canadian 2025 target level for fuel efficiency of an average vehicle (4.4 l/100 km). Compared to conventional automotive steels, these new steels will be based on non-traditional alloying strategies with for example increased levels of Mn (3-10 wt%), Si (1-3 wt%) and Al (2-6 wt%), which constitute a paradigm shift for steelmakers. Here, the austenite-ferrite transformation assumes a critical role as it is the key metallurgical tool to tailor the properties of these steels. Thus, the proposed work will emphasize the interaction of alloying elements with the austenite-ferrite interface in multi-component Fe-model alloys and steels. Supported by three leading Canadian steel producers (ArcelorMittal Dofasco, U.S. Steel Canada, Evraz Inc. NA) the project will train four Ph.D. students and two postdoctoral fellows who will gain expertise in atomic scale resolution characterization and state-of-the-art computational techniques. Engineers with this expertise will be essential for Canada's metal producers and users to remain globally competitive.**********
通过使用集成计算材料工程(ICME)工具来准确预测金属或合金的微观结构,这是赋予金属或合金独特性能的“指纹”,可以大大加快用于轻质材料和产品的新合金的开发。合金元素与迁移界面(晶界和相界面)的相互作用是决定热机械加工过程中微观组织演变的关键因素。然而,缺乏界面的热力学和动力学数据。原子尺度分辨率表征技术和原子建模的最新进展极大地增加了产生界面新知识的潜力,从而使合金设计方法发生革命性的变化。为了开发一种新的基于界面的设计方法,该项目汇集了一组加拿大领先的计算材料科学家和加拿大电子显微镜中心的实验学家。该方法将应用于下一代先进的高强度钢材,这将是轻型车辆设计的关键,以达到加拿大2025年平均车辆燃油效率的目标水平(4.4升/100公里)。与传统的汽车用钢相比,这些新钢将基于非传统的合金策略,例如增加Mn (3-10 wt%)、Si (1-3 wt%)和Al (2-6 wt%)的含量,这构成了钢铁制造商的范式转变。在这里,奥氏体-铁素体相变起着至关重要的作用,因为它是调整这些钢性能的关键冶金工具。因此,提出的工作将强调合金元素与多组分铁模型合金和钢中奥氏体-铁素体界面的相互作用。由三家领先的加拿大钢铁生产商(ArcelorMittal Dofasco, U.S. steel Canada, Evraz Inc.)支持。该项目将培养4名博士生和2名博士后,他们将获得原子尺度分辨率表征和最先进的计算技术方面的专业知识。拥有这种专业知识的工程师对加拿大的金属生产商和用户保持全球竞争力至关重要。**********

项目成果

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