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香港大學(xué)新型超級(jí)鋼研發(fā)取得重大進(jìn)展

關(guān)鍵詞 鋼鐵 , 超級(jí)鋼|2020-06-01 09:15:39|來源 蓋世汽車
摘要 據(jù)外媒報(bào)道,香港大學(xué)(UniversityofHongKong,HKU)機(jī)械工程系教授HuangMingxin領(lǐng)頭,與美國勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室(LawrenceBerkeleyN...

據(jù)外媒報(bào)道,香港大學(xué)(University of Hong Kong,HKU)機(jī)械工程系教授Huang Mingxin領(lǐng)頭,與美國勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室(Lawrence Berkeley National Lab,LBNL)的研究人員合作開展了超級(jí)鋼(Super Steel)項(xiàng)目,并在新型超級(jí)D&P鋼方面(采用新型變形和分層法制成)取得了重大進(jìn)展。此種新鋼材的抗斷裂性大大提升,同時(shí)具有強(qiáng)大的強(qiáng)度,可用于先進(jìn)工業(yè)應(yīng)用。

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(圖片來源:香港大學(xué))

鋼是一種常用合金,因此材料科學(xué)家和工程師們都在不斷尋找新一代鋼材,即更容易延展成不同形狀和結(jié)構(gòu)(延展性)、具有更強(qiáng)的抗變形能力(強(qiáng)度)和抗斷裂性(韌性)、重量輕且生產(chǎn)成本低的新鋼材。

該項(xiàng)任務(wù)很困難,因?yàn)閭鹘y(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為,提高一種金屬性能的表現(xiàn),無論是強(qiáng)度、延展性還是韌性,就會(huì)破壞其他一種或多種金屬性能。例如,增加強(qiáng)度就會(huì)不可避免地讓金屬更脆(權(quán)衡強(qiáng)度-韌性);或者不太柔韌,無法被拉伸成不同形狀(權(quán)衡強(qiáng)度-延展性)。

此前,該團(tuán)隊(duì)已經(jīng)顯著提高了D&P鋼的強(qiáng)度-延展性性能,因此,超級(jí)D&P鋼的三種金屬性能都達(dá)到了前所未有的高水平,這也是此前任何鋼鐵材料無法達(dá)到的。

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(圖片來源:香港大學(xué))

該團(tuán)隊(duì)在美國、歐盟和中國申請(qǐng)了多項(xiàng)專利,并一直與工業(yè)合作伙伴保持聯(lián)系,生產(chǎn)高強(qiáng)度橋梁電纜、防彈背心和汽車彈簧原型,以進(jìn)一步測(cè)試和試驗(yàn)新鋼材。D&P鋼取得的最新突破由香港大學(xué)與美國勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室Robert O. Ritchie教授研究團(tuán)隊(duì)取得,使得新鋼材的屈服抗變形強(qiáng)度約為2GPa、抗斷裂性達(dá)102MPam?、均勻延伸率達(dá)19%。

研究小組還在超級(jí)D&P鋼的結(jié)構(gòu)方面取得了重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)。超級(jí)鋼通過一種新型 “高強(qiáng)度誘導(dǎo)多層分層”增韌機(jī)制,具備了一種獨(dú)特的抗斷裂性特征,其中主斷裂表面下形成了多個(gè)微裂紋,而微裂紋能夠有效吸收來自外部作用力的能量,使新超級(jí)鋼的韌性比現(xiàn)有的鋼材高得多。

目前,高強(qiáng)度橋梁電纜鋼的屈服強(qiáng)度低于1.7 GPa,抗斷裂強(qiáng)度低于65 MPa m?,用于裝甲車的高強(qiáng)度鋼的最大強(qiáng)度-韌性性能也與之類似。因此,D&P鋼的韌性水平比現(xiàn)有的鋼材要高得多,同時(shí)保持超強(qiáng)的強(qiáng)度。

例如,鋼琴鋼絲強(qiáng)度超高,為2.6 GPa到2.9 GPa之間,具抗變形能力以保持樂器的音質(zhì),但是此種強(qiáng)度是以犧牲韌性為代價(jià)的,反過來會(huì)讓其非常脆弱。

與此同時(shí),D&P鋼的原材料的成本只有目前航天航空中所用的馬氏體鋼成本的20%,后者的屈服強(qiáng)度和抗斷裂起始韌度分別為1.8 GPa和70 MPa m?。

研究人員表示:“D&P鋼還有其他優(yōu)勢(shì),例如工業(yè)加工簡(jiǎn)單、原材料成本低。可以通過傳統(tǒng)的軋制和退火工藝,無需復(fù)雜的制造路線和特殊設(shè)備就可制成。現(xiàn)在,我們離新型超級(jí)鋼的工業(yè)化又近了一步,其展示出巨大的應(yīng)用潛力,可用于高級(jí)防彈背心、橋梁電纜、輕型汽車、軍用車輛、航空航天以及建筑行業(yè)的高強(qiáng)度螺栓和螺母。”

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