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香港大学开发出“超级钢”,比航空钢材坚韧成本却更低

2024-11-02 234


香港大学团队开发出一种新型钢材,保持强度之余还提升了抵抗断裂的韧性及延展性,由于成本低廉,研究人员认为,这种新型材料将有广大的应有前景。

金属材料应用上主要会针对强度、韧性、延展性 3 个属性进行评估,其中强度是材料在变形或失效前可承受的负载量,韧性则是衡量多大的能量才能使材料断裂,延展则是评估将材料扩展、拉长为不同形状的难易度。

虽然强度、韧性两者听起来很像,但在作用上其实完全不同,举例来说,玻璃便是一种高强度但韧性低的材料,可以支撑相当大的重量,但也不需要太多能量就可以破坏它。

尽管这 3 种属性对材料来说都相当重要,但可惜的是,想尝试改善其中一种往往会减少另一个特性,使得在应用上往往得做出权衡,但现在,香港大学和美国柏克莱国家实验室(LBNL)研究人员成功突破这一点,制造出在 3 种性能上均具有好表现的钢铁材料。

这种运用新颖“变形配分”(D&P)方法制成新型钢材被团队称为“超级钢”(super steel),在独特的设计下具有良好的断裂韧性,当材料表面出现裂缝时,其下方会形成多个细小裂纹,持续吸收来自外力的能量防止主裂纹扩展得太快。

从《科学》(Science)期刊论文的数据来看,超级钢的屈服强度约为 2GPa、断裂韧性 102MPažm½、均匀延伸率为 19%,在 3 种性能上均有着出色表现,甚至比现有航空工程中使用的 Grade 300 麻时效钢(maraging steel)更坚固也更坚韧。不仅如此,超级钢在成本上也远比麻时效钢低廉,成本仅后者制造费用的 20% 左右。

研究主要作者、香港大学机工系教授黄明欣认为,他们已经朝向将超级钢产业化迈出一大步,“包括高级防弹背心、桥梁电缆、轻型汽车、军用车辆、航空航天产业及建筑产业中的高强度螺栓和螺帽在内,超级钢显示出广泛的应用潜力。”

  • “Super steel" breakthrough makes for stronger and tougher alloy
  • HKU Super Steel project attains major breakthrough with collaborators at Berkeley Lab in producing high strength steel at unprecedented levels of fracture resistance

(首图来源:University of Hong Kong)

2020-05-15 03:06:00

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