Amerikanske forskere oppdager at legeringen med høyeste seighet fortsatt har ultrahøy ytelse i ekstrem kulde

Berkeley National Laboratory i USA har oppdaget at en legering sammensatt av krom, kobolt og nikkel er det hardeste materialet med de mest bruddbestandige egenskapene. Bildet viser bruddbanen i nanoskala og medfølgende krystallstrukturdeformasjon av CrCoNi legering under stresstesten på 20 Kelvin. Sprekker utvider seg fra venstre til høyre

Med den økende etterspørselen etter menneskelig utforskning av verdensrommet og ekstreme områder, begynte folk å se etter metallmaterialer som kan brukes ved lave temperaturer. National Laboratory of the United States oppdaget en legering som består av krom, kobolt og nikkel, som kan opprettholde ekstremt høy seighet ved ekstremt lave temperaturer og for tiden er den tøffeste legeringen i verden.

Lawrence Berkeley National Laboratory og Oak Ridge National Laboratory i USA skrev sammen resultatene av dette eksperimentet til en artikkel, som vil bli publisert i tidsskriftet Science i desember 2022. Denne forskningen ble støttet av US Department of Energy's Office of Science.

Forskere studerer legeringsmetaller laget av "krom, kobolt og nikkel" og "krom, mangan, jern, kobolt og nikkel" i like proporsjoner, og tester deres bruddseighetsverdier. Det er observert at "krom mangan jern kobolt nikkel" og "krom bruddseighet verdier av "kobolt-nikkel" legering ved minus 253.15 ° C er henholdsvis 262 og 459 MPa kvadratrotmeter.

I tillegg ble det funnet gjennom eksperimenter at "Krom-kobolt-nikkel” legering viste en sprekkvekstseighet som oversteg 540 MPa-kvadratrotmeter etter en stabil sprekk på 2.25 mm. Verdiene ovenfor representerer at legeringen har den høyeste seigheten i verden. Forskere fant også at deformasjonen av metallet ved lave temperaturer og deformasjonsstrukturen ved høye temperaturer har helt forskjellige resultater.

Denne legeringen er ikke bare ekstremt duktil, men også ekstremt formbar, og samtidig veldig sterk (nesten permanent motstandsdyktig mot deformasjon). I tillegg har legeringen en helt spesiell egenskap, dens styrke og duktilitet vil øke når temperaturen synker, noe som er det motsatte av egenskapene til de fleste materialer i verden.

En legering laget av krom, kobolt og nikkel, som tilhører typen høyentropi-legering, som er forskjellig fra andre generelle legeringer. Forskjellen er at andre legeringer vil bestå av en høy andel av ett metall (for eksempel jern, gull, sølv eller kobber osv.) og små mengder andre elementer eller metaller (for eksempel rustfritt stål, 18K gull osv.) .), men legeringer av typen HEA, Den er laget ved å blande hvert element i nesten like proporsjoner.

Disse legeringene, der like mengder av hvert element er blandet, ser ut til å gi materialet svært høy "styrke" og "duktilitet" kombinert til metallets "seighet" når det blir belastet.

De fant at disse legeringene ikke hadde en kompleks mikrostruktur når det ble påført trykk ved romtemperatur, men når det ble påført trykk ved ekstremt lave temperaturer, begynte mikrostrukturen å bli kompleks. Krystalliseringen i legeringen vil endre seg fra runde korn til strimler, med en sterk tendens til plandeformasjon, og til slutt danne en haug med deformasjonsbånd på kryss og tvers. Derfor spekuleres det i at disse endringene gjør det mulig for legeringsmetallet å forbedre dets seighet.

"Opprinnelig var metallatomene i denne legeringen glatte og enkle korn, men ved lavtemperaturtrykk dukker de opp. Når den deformeres, begynner den å ha mange hindringer inni, noe som gir den en bruddseighetsverdi som langt overstiger de fleste materialer."

Andrew Jr., direktør for laboratoriets senter for elektronmikroskopi, la til: "Når et metall deformeres, blir strukturen veldig kompleks, og denne transformasjonen hjelper til med å forklare hvorfor det viser denne motstanden mot brudd."

I tillegg sa professor Rich også: "Dette materialet har en bruddseighetsverdi så høy som 500 MPa-kvadratrotmeter ved temperaturen til flytende helium (-253.15 ° C)."

Professor Rich forklarte: "Hvis bruddseigheten til et stykke silisium i samme enhet er 1 M MPa-kvadratrotmeter, er bruddseigheten til skroget av aluminiumslegering som brukes i passasjerfly 35 MPa-kvadratrotmeter, og de beste stålbruddene Med en seighetsverdi på 100 MPa-kvadratrotmeter, er verdien som vises av denne legeringen ganske forbløffende.»

Professor Ritchie sa imidlertid at selv om den nåværende utviklingen er spennende, er det fortsatt for tidlig å være praktisk. "Vi trenger mer tid for å bedre forstå egenskapene til dette materialet, slik at vi kan sette det i praktisk bruk i fremtiden, og unngå ulykker som folk ikke vil se når folk bruker det."

Nyhetsrommet rapporterte at George og Ritchie, professorer i ingeniørfag ved Oak Ridge National Laboratory, begynte å forske på krom-kobolt-nikkel-legeringer for et tiår siden, ved å kombinere metallet med mangan og jernholdig krom-mangan-jern-kobolt nikkellegering.

Da de satte materialet ved temperaturen på flytende nitrogen (-196 °C) for å observere endringene i metallet, fant de ut at legeringen hadde imponerende seighet og styrke. For å teste ulike prøver ved denne kalde temperaturen, tok det dem 10 år å finne all slags personell og verktøy, og til slutt kom de eksperimentelle resultatene.