Блог

Aug 16, 2023

Превосходная прочность и пластичность

Автор: Университет Пердью, 21 августа 2023 г. Новая обработка стального сплава Т-91 привела к созданию более прочной и пластичной версии под названием G-T91 с ультрамелкими зернами металла, демонстрирующими сверхпластичность. Этот

Автор: Университет Пердью, 21 августа 2023 г.

Новая обработка стального сплава Т-91 привела к созданию более прочной и пластичной версии под названием G-T91 с ультрамелкими зернами металла, демонстрирующими сверхпластичность. Это открытие, сделанное Университетом Пердью и Национальными лабораториями Сандии, может произвести революцию в таких приложениях, как автомобильные оси и подвесные тросы, но точный механизм остается загадкой.

A new treatment tested on a high-quality steel alloyA mixture of two metallic elements typically used to give greater strength or higher resistance to corrosion." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"> сплав обеспечивает замечательную прочность и гибкость, качества, которые часто рассматриваются как компромисс, а не комбинация. Сверхмелкие металлические зерна, образующиеся в результате обработки в самом внешнем слое стали, по-видимому, растягиваются, вращаются, а затем удлиняются под напряжением, придавая сверхпластичность, которую исследователи из Университета Пердью не могут полностью объяснить.

The researchers treated T-91, a modified steel alloy that is used in nuclear and petrochemical applications, but said the treatment could be used in other places where strong, ductile steel would be beneficial, such as cars axles, suspension cables and other structural components. The research, which was conducted in collaboration with Sandia National Laboratories and has been patented, appeared Wednesday, May 31 in Science Advances<em>Science Advances</em> is a peer-reviewed, open-access scientific journal that is published by the American Association for the Advancement of Science (AAAS). It was launched in 2015 and covers a wide range of topics in the natural sciences, including biology, chemistry, earth and environmental sciences, materials science, and physics." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">Достижения науки.

Еще более интригующими, чем непосредственный результат более прочного и пластичного варианта Т-91, являются наблюдения, сделанные в Сандии, показывающие характеристики того, что команда называет «наноламинатом» из ультрамелких металлических зерен, обработанных в регионе, простирающемся от поверхности на глубину около 200 микрон. Изображения, полученные с помощью микроскопа, показывают неожиданную деформацию обработанной стали, получившую название G-T91 (или градиент T91), поскольку она подвергается возрастающему напряжению, говорит Синхан Чжан, ведущий автор и профессор Школы инженерии материалов в Purdue.

«Это сложный процесс, и исследовательское сообщество раньше не сталкивалось с этим явлением», — сказал Чжан. «По определению G-T91 демонстрирует сверхпластичность, но точный механизм, который позволяет это сделать, неясен».

Металлы, такие как сталь, могут выглядеть монолитными невооруженным глазом, но при сильном увеличении металлический стержень оказывается скоплением отдельных кристаллов, называемых зернами. Когда металл подвергается деформации, зерна могут деформироваться таким образом, что металлическая структура сохраняется без разрушения, что позволяет металлу растягиваться и изгибаться. Зерна большего размера могут выдерживать большую нагрузку, чем зерна меньшего размера, что является основой для постоянного компромисса между деформируемыми металлами с крупным зерном и прочными металлами с мелким зерном.

В статье Science Advances ведущий автор Чжунся Шан, бывший аспирант лаборатории Чжана, использовал напряжения сжатия и сдвига, чтобы разбить крупные зерна на поверхности образца Т-91 на более мелкие зерна. Поперечное сечение образца показывает, что размеры зерен увеличиваются от поверхности, где самые мелкие ультрамелкие зерна имеют размер менее 100 нанометров, к центру материала, где зерна в 10–100 раз больше.

Модифицированный образец G-T91 имел предел текучести около 700 мегапаскалей (единица напряжения растяжения) и выдерживал равномерную деформацию около 10%, что является значительным улучшением по сравнению с совокупной прочностью и пластичностью, которых можно достичь со стандартным T-91.