科研人员开发出新型“超强钢” 有望提升合金的强度和韧性

2020年05月13日 15:32 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

据外媒报道,每当人们试图改进像钢这样的材料时,可能最终会同时引入新的弱点,这是一个令人沮丧的事实,而这是一种在不同性能之间的平衡行为。现在工程师们开发出了一种新型的“超级钢”,它可以抵御这种权衡,在保持强度的同时还能抗断裂。

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对于钢这样的材料,有三个主要属性需要平衡--强度、韧性和延展性。前两者听起来可能是一样的,但有一个重要的区别。强度是指材料在变形或失效前能承受多少载荷,而韧性则是指材料断裂所需的力的大小。作为参考,玻璃的强度相对较高,但韧性较低,所以它能承受相当大的重量,但不需要多大的力就能断裂。

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最后,延展性是衡量材料是否容易延伸或伸长成不同形状的一个指标。不幸的是,提高这三种性能中的一种往往会降低另一种性能。比如说,提高强度,往往会使材料的韧性或延展性降低。

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但现在,香港大学和美国劳伦斯伯克利国家实验室的研究人员表示,他们已经成功地生产出了一种在这三种性能上都具有高级性能的钢。他们大胆地称它为 “超级钢”。这种新材料的抗变形屈服强度约为2GPa,断裂韧性为102MPa-m½,均匀延伸率为19%。该团队表示,这使得这种“超强钢”比航空航天工程中使用的Grade 300马氏体时效钢更强、更坚韧--而这种新型钢的制造成本只有其价格的20%左右。

这种超级钢采用了一种新的变形分配法(D&P)制造,它的韧性来自于一种独特的设计特征。当材料表面出现断裂时,在其下方会形成多条细小的裂纹。这些细小的裂纹会继续吸收外力的能量,防止主裂纹过快扩散。

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该团队表示,这种新型超级钢可能会在高强度桥梁电缆、防弹衣和汽车弹簧等方面找到用途。“我们已经向新型超级钢的产业化迈出了一大步,”该研究的主要作者黄明欣表示。“它显示出了巨大的应用潜力,可应用于各种领域,包括超强防弹衣、桥梁电缆、轻型汽车和军用车辆、航空航天、建筑行业的高强度螺栓和螺母等。”

这项研究发表在《科学》杂志上。

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