Результаты были опубликованы в журнале Science 8 мая 2020 года в статье под названием «Повышение прочности сверхпрочной стали за счет расслоения по границам зерен."
Сталь – это обычный сплав.
Материаловеды и инженеры постоянно стремятся разрабатывать стальные материалы нового поколения, которые легче растягиваются и удлиняются (пластичность) в различные формы и структуры, имеют более высокое сопротивление деформации (прочность) и трещинообразование (вязкость), легкие по весу и низкие производственные затраты. Стоимость.
Задача была сложной. Традиционно считается, что повышение характеристик одного металлического свойства, будь то прочность, пластичность или вязкость, подорвет одно или несколько других.
Например, увеличение прочности неизбежно сделает металл более хрупким (это называется компромиссом между прочностью и вязкостью); или менее гибкий, чтобы его можно было удлинить или удлинить в разные формы. (компромисс между прочностью и пластичностью).
«В этом последнем прорыве в области стали Super D&P мы достигли беспрецедентного сочетания прочности и вязкости, которое может решить главную проблему в критически важных для безопасности промышленных применениях – достичь сверхвысокой вязкости разрушения, чтобы предотвратить катастрофическое преждевременное разрушение конструкционных материалов. Этот прорыв также меняет традиционное представление о том, что достижение высокой прочности будет происходить за счет снижения ударной вязкости, что неизменно приводит к охрупчиванию конструкционных материалов и значительно ограничивает их применение », – сказал профессор Хуанг.
Группа ранее значительно повысила показатели прочности и пластичности стали D&P (Примечание 1), поэтому сталь Super D&P обеспечивает превосходные характеристики по всем трем металлическим свойствам на беспрецедентно высоком уровне, недостижимом ранее ни одним из стальных материалов.
Было зарегистрировано несколько патентов в США, ЕС и Китае. Команда взаимодействовала с промышленными партнерами для создания прототипов высокопрочного мостового кабеля, пуленепробиваемого жилета и автомобильной пружины из суперстали для проведения дальнейших испытаний и испытаний.
Последний прорыв в области стали D&P, сделанный в сотрудничестве с профессором Робертом О. Исследовательская группа Ричи из Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли (LBNL) и Калифорнийского университета в Беркли установила, что предел текучести стали при деформации составляет ~ 2 ГПа, а максимальная вязкость разрушения составляет 102 МПа · м½, и хорошее равномерное удлинение 19%.
Команда также сделала важное научное открытие в структуре стали Super D&P.
Суперсталь имеет уникальную особенность разрушения, при которой несколько микротрещин образуются ниже основной поверхности разрушения благодаря новому механизму упрочнения «высокопрочного индуцированного множественного расслоения». Эти микротрещины могут эффективно поглощать энергию от приложенных извне сил, что приводит к гораздо более высокой прочности стали по сравнению с существующими стальными материалами.
В настоящее время высокопрочная сталь для мостовых тросов имеет предел текучести ниже 1.7 ГПа ~, вязкость разрушения менее 65 МПа · м½; высокопрочная бронированная сталь, используемая в бронированных автомобилях, имеет аналогичное сочетание максимальной прочности и вязкости.
Уровень ударной вязкости, которого может достичь сталь D&P, таким образом, намного выше, чем у существующих стальных материалов, при сохранении сверхпрочной прочности.
Например, стальная фортепианная проволока имеет сверхвысокую прочность от 2 до 2.6 к 2.9 ГПа, чтобы противостоять деформации и поддерживать настройку инструмента, что достигается за счет прочности и, в свою очередь, очень хрупко.
Между тем, стоимость сырья для стали D&P составляет всего 20% от мартенситностареющей стали, которая в настоящее время используется в авиакосмической промышленности (например,.грамм.
Марка 300, у которой предел текучести и вязкость начала разрушения равны 1.8 ГПа и 70 МПа м½, соответственно).
«Сталь D&P имеет и другие преимущества, такие как простая промышленная обработка и низкая стоимость сырья. Его можно производить с помощью обычных процессов прокатки и отжига, поскольку для этого не требуются сложные технологические маршруты и специальное оборудование », – сказала мисс Ли ЛИУ, первый автор статьи в журнале и аспирант под руководством профессора Хуанга.
"Мы сделали большой шаг к индустриализации новой суперстали.
Он демонстрирует большой потенциал для использования в различных приложениях, включая превосходные пуленепробиваемые жилеты, мостовые тросы, легкие автомобильные и военные автомобили, аэрокосмическую промышленность, а также высокопрочные болты и гайки в строительной отрасли."Профессор Хуанг добавил.