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Genetic algorithm coupled with thermodynamic calculations for high-strength nickel-based corrosion-resistant alloys design

合金 遗传算法 产量(工程) 极限抗拉强度 功能(生物学) 适应度函数 降水 计算机科学 体积热力学 水准点(测量) 材料科学 过程(计算) 工作(物理) 材料性能 数学优化 多目标优化 工程设计过程 机械工程 相(物质) 工艺工程 组分(热力学) 价值(数学) 比强度 机械强度 开发(拓扑) 优化设计 缩小 优化算法
作者
Yingjie Sun,Yong Lian,Rongrong Chen,Piao Qian,Jin Zhang,Yinghu Wang,Qubo He,Dadi Zhou,Hengcan Yang
出处
期刊:npj computational materials [Nature Portfolio]
卷期号:12 (1) 被引量:1
标识
DOI:10.1038/s41524-026-02068-z
摘要

Abstract As oil and gas exploration expands to deep-sea, ultra-deep, and unconventional reservoirs, demands for nickel-based corrosion-resistant alloys' mechanical performance grow stricter. Traditional trial-and-error alloy development is time-consuming and costly, making them inadequate for rapid alloy design. This study developed an interpretable composition–microstructure–property optimization model by integrating genetic algorithm, machine learning, and thermodynamic calculations to enable fast design of ultra-high-strength age-hardened nickel-based corrosion-resistant alloys. Thermo-Calc (via TC-Python) calculated γ′/γ″ phase volume fractions and precipitation driving forces under different compositions, used as input for a machine learning-based yield strength prediction model. An AdaBoost regressor was trained and embedded into the genetic algorithm as the fitness function to perform constrained composition optimization. The optimized alloy, ML1, exhibited excellent mechanical performance under various heat treatment conditions. Notably, after solution treatment at 1030 °C followed by aging, it achieved a yield strength of 1365 MPa and an ultimate tensile strength of 1539 MPa—significantly outperforming most commercial precipitation-hardened nickel-based corrosion-resistant alloys. The proposed optimization framework effectively reduces development time and cost compared to conventional methods and is extendable to other precipitation-hardened alloy systems. It offers a new strategy for data-driven alloy design with both scientific value and engineering applicability.
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