Super stålprojekt får et stort gennembrud

Super Steel -projektet ledet af professor Huang Mingxin ved Institut for Maskinteknik ved University of Hong Kong (HKU), med samarbejdspartnere på Lawrence Berkeley National Lab (LBNL), har gjort et vigtigt gennembrud i sit nye super D &P -stål (produceret ved hjælp af en ny deformeret og opdelt metode) for i høj grad at forbedre sin brudbestandighed og samtidig bevare super stærk styrke til avancerede industrielle applikationer.

Resultaterne blev offentliggjort i Videnskab maj 2020 i avisen med titlen "Making Ultrastrong Steel Tough by Grain-Boundary Delamination".

Stål er en almindelig legering. Materialeforskere og ingeniører søger løbende at udvikle ny generation af stålmaterialer, som er lettere at forlænge og forlænge (duktilitet) til forskellige former og strukturer, højere i modstand mod deformation (styrke) og brud (sejhed), let i vægt og lav i produktionsomkostninger.

Opgaven har været vanskelig. Den konventionelle opfattelse er, at forøgelse af ydeevnen for en metallisk ejendom, om i styrke, duktilitet eller sejhed, vil undergrave en eller flere af de andre. For eksempel, en stigning i styrke vil uundgåeligt gøre metallet mere sprødt (kendt som afvekslingen mellem styrke-sejhed); eller mindre fleksibel til at blive forlænget eller forlænget i forskellige former. (afvejning af styrke-duktilitet).

"I dette seneste gennembrud i super D&P stål, vi opnåede en hidtil uset kombination af styrke-sejhed, som kan løse en stor udfordring i sikkerhedskritiske industrielle applikationer-at opnå en ultrahøj brudsejhed for at forhindre katastrofale for tidlige brud på strukturelle materialer. Gennembruddet ændrer også den konventionelle opfattelse, at opnåelse af høj styrke vil være på bekostning af forringet sejhed, hvilket uvægerligt fører til sprødhed af strukturelle materialer og i høj grad begrænser deres anvendelse, "sagde professor Huang.

Teamet havde tidligere øget D&P stålets styrke-duktilitetsevne betydeligt (note 1), super D &P-stål opnår derfor fremragende ydeevne i alle tre metalliske egenskaber på et hidtil uset højt niveau, som ingen stålmaterialer har nået før.

Flere patenter i USA, EU og Kina er blevet indgivet. Teamet har haft forbindelser med industrielle partnere for at generere prototyper af højstyrke brokabel, skudsikker vest og bilfjeder med superstål til yderligere test og forsøg, der skal udføres. Det seneste gennembrud i D&P -stål, lavet i samarbejde med professor Robert O. Ritchies forskerhold ved Lawrence Berkeley National Lab (LBNL) og UC Berkeley, resulterer i stålet en flydende styrke modstand mod deformation af ~ 2GPa, en overlegen brudsejhed på 102MPam½, og en god ensartet forlængelse på 19%.

Teamet har også gjort en vigtig videnskabelig opdagelse i strukturen af ​​super D &P -stål. Superstålet har en unik brudstrækning, hvor der dannes flere mikro-revner under hovedbrudets overflade, gennem en ny "højstyrkeinduceret multi-delaminering" hærdningsmekanisme. Disse mikro-revner kan effektivt absorbere energi fra eksternt påførte kræfter, resulterer i stålets meget højere sejhed modstand i forhold til eksisterende stålmaterialer.

I øjeblikket, højstyrkestål til brokabler har en flydestyrke lavere end 1,7 GPa ~, og en brudsejhed lavere end 65 MPa m½; højstyrket pansret stål, der bruges i pansrede biler, har en lignende maksimal styrke - sejhedskombination. Det sejhedsniveau, som D &P -stål kan opnå, er derfor meget højere end for eksisterende stålmaterialer, samtidig med at den er super stærk i styrke.

Stål klavertråd, for eksempel, har en ultrahøj styrke fra 2,6 til 2,9 GPa for at modstå deformation og for at holde instrumentet i harmoni, som opnås på bekostning af sejhed og til gengæld er meget sprød.

I mellemtiden, udgifterne til råmaterialer til D&P -stål er kun 20% af det maraging -stål, der i øjeblikket bruges inden for luftfart (f.eks. klasse 300, hvis flydestyrke og brudstyrke er 1,8 GPa og 70 MPa m½, henholdsvis).

"D&P stål har andre fordele, såsom simpel industriel forarbejdning og lave omkostninger til råmaterialer. Det kan fremstilles ved konventionelle valsnings- og glødningsprocesser, som sådan kræves ingen komplekse fabrikationsruter og særligt udstyr, "sagde Miss Li Liu, den første forfatter til tidsskriftartiklen og en ph.d. studerende under opsyn af professor Huang.

"Vi har gjort et stort skridt tættere på at industrialisere det nye superstål. Det viser et stort potentiale til at blive brugt i forskellige applikationer, herunder overlegne skudsikre veste, brokabler, lette biler og militære køretøjer, rumfart, og høj styrke bolte og møtrikker i byggeindustrien. "tilføjede professor Huang.