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超钢项目重大突破-高强度钢具有前所未有的抗断

更新时间:2020-07-05 23:21点击:

港大超级钢铁计划与伯克利实验室合作,在生产高强度钢材方面取得重大突破。

超级钢铁项目黄Mingxin教授为首的香港大学机械工程系(香港),与合作者在劳伦斯伯克利国家实验室(LBNL),取得了重要的突破的新超级D& P钢(使用新的变形和分区方法)大大提高其断裂阻力的同时保持超强实力的先进的工业应用。

这一发现发表在2020年5月8日的《科学》杂志上,题为《通过晶界分层使超强钢韧性》。

钢是一种常见的合金。材料科学家和工程师们正在不断寻求开发新一代的钢材料,这些材料更容易延伸和拉长(延性)成不同的形式和结构,更高的抗变形(强度)和抗断裂(韧性),重量轻,生产成本低。

任务很艰巨。传统观点认为,提高一种金属的性能,无论是在强度、延展性还是韧性方面,都会破坏其中一种或多种其他性能。例如,强度的增加将不可避免地使金属变得更脆(称为强度-韧性的权衡);或者不那么灵活,可以被拉长成不同的形状。(strength-ductility取舍)。

在超级d&p钢的最新突破中,我们获得了前所未有的强韧性组合,可以应对关键安全工业应用的重大挑战。以达到超高的断裂韧性,防止结构材料的灾难性过早断裂。这一突破也改变了传统观点,即获得高强度将以牺牲韧性为代价,这必然导致结构材料的脆化,极大地限制了结构材料的应用。黄教授说。

该团队早些时候显著提高了d&p钢的强度-延性性能,因此,超级d&p钢在所有三种金属性能方面都达到了前所未有的高水平,这是以往任何钢材材料都没有达到的。

已经在美国、欧盟和中国申请了多项专利。该团队一直在与工业合作伙伴联系,以生产高强度桥缆、防弹背心和汽车弹簧的原型,用于进一步的测试和试验。的最新突破D& P钢铁、与教授罗伯特·o . Ritchie’年代研究小组在劳伦斯伯克利国家实验室(LBNL)和加州大学伯克利分校,导致钢的屈服强度抵抗变形~ 2 gpa,优越的断裂韧性102 mpa # 158; m½,和良好的均匀延伸率为19%。(图1和图2)。

该团队还在超级d&p钢的结构方面取得了重要的科学发现。超钢具有独特的断裂特征,通过一种新型的高强诱导多层分层,在主断口下形成多个微裂纹。增韧机制。这些微裂纹能有效地吸收外力的能量,使钢具有比现有钢材料更高的韧性。

目前,桥缆用高强度钢的屈服强度低于1.7 GPa,断裂韧性低于65 mpa m½。用于装甲车的高强度装甲钢具有类似的最大强度–韧性的组合。因此,在保持超强强度的同时,D&P钢所能达到的韧性水平远高于现有的钢材料。

举例来说,钢钢琴线具有2.6 - 2.9 GPa的超高强度,可以抵抗变形,保持乐器的音调一致,但这是以牺牲韧性为代价的,因此非常脆弱。

同时,D&P钢的原材料成本仅为目前航空航天用马氏体时效钢(如300级)的20%,其屈服强度和断裂萌生韧性为1.8 GPa, 70 MPažm½分别)。

d&p钢还具有工业加工简单、原材料成本低等优点。可采用常规的轧制退火工艺生产,不需要复杂的工艺路线和专用设备。该期刊文章的第一作者、黄教授指导的博士生李柳说。,

我们向新型超钢的工业化又迈进了一大步。它被广泛应用于各种领域,包括高级防弹背心、桥梁电缆、轻型汽车和军用车辆、航空航天以及建筑行业的高强度螺栓和螺母。黄教授补充说。

参考文献:采用晶界分层法使超强钢韧性作者:L. Liu, Qin Yu, Z. Wang, Jon Ell, M. x Huang, Robert O. Ritchie, 2020年6月19日,Science。

DOI: 10.1126 / science.aba9413