Американские ученые обнаружили, что сплав с самой высокой ударной вязкостью по-прежнему обладает сверхвысокими характеристиками в экстремальных холодах.

Национальная лаборатория Беркли в США обнаружила, что сплав, состоящий из хрома, кобальта и никеля, является самым твердым материалом с наиболее устойчивыми к излому свойствами. На рисунке показана траектория разрушения в наномасштабе и сопровождающая деформация кристаллической структуры сплав CrCoNi во время стресс-теста 20 Кельвинов. Трещины расширяются слева направо

С ростом потребности в освоении человеком космоса и экстремальных регионов люди начали искать металлические материалы, которые можно использовать при низких температурах. Национальная лаборатория США обнаружила сплав, состоящий из хрома, кобальта и никеля, который может сохранять чрезвычайно высокую ударную вязкость при экстремально низких температурах и в настоящее время является самым прочным сплавом в мире.

Национальная лаборатория Лоуренса в Беркли и Национальная лаборатория Ок-Риджа в США совместно записали результаты этого эксперимента в статью, которая будет опубликована в журнале Science в декабре 2022 года. Это исследование было поддержано Управлением науки Министерства энергетики США.

Ученые изучают легированные металлы, состоящие из «хрома, кобальта и никеля» и «хрома, марганца, железа, кобальта и никеля» в равных пропорциях, и проверяют их значения вязкости разрушения. Отмечено, что значения трещиностойкости сплава «кобальт-никель» «хром-марганец-железо-кобальт-никель» и «хром» при температуре минус 253.15 °С составляют 262 и 459 МПа-метр квадратный соответственно.

Кроме того, в ходе экспериментов было установлено, что «Хром-кобальт-никельСплав показал вязкость роста трещины, превышающую 540 МПа на квадратный метр, после стабильной трещины 2.25 мм. Приведенные выше значения показывают, что сплав имеет самую высокую ударную вязкость в мире. Ученые также установили, что деформация металла при низких температурах и деформация структуры при высоких температурах имеют совершенно разные результаты.

Этот сплав не только чрезвычайно пластичен, но и чрезвычайно ковок, и в то же время очень прочен (практически постоянно устойчив к деформации). Кроме того, у сплава есть совершенно особое свойство, его прочность и пластичность будут увеличиваться при понижении температуры, что противоположно свойствам большинства материалов в мире.

Сплав из хрома, кобальта и никель, который относится к типу высокоэнтропийных сплавов, отличающихся от других обычных сплавов. Разница в том, что другие сплавы будут состоять из большого количества одного металла (например, железа, золота, серебра или меди и т. д.) и небольших количеств других элементов или металлов (например, нержавеющей стали, 18-каратного золота и т. д.). .), но сплавы типа ВЭА, изготавливаются путем смешивания каждого элемента почти в равных пропорциях.

Эти сплавы, в которых смешано равное количество каждого элемента, по-видимому, наделяют материал очень высокой «прочность» и «пластичностью», объединенными в «вязкость» металла при нагрузке.

Они обнаружили, что эти сплавы не имели сложной микроструктуры, когда применялось давление при комнатной температуре, но когда давление применялось при экстремально низких температурах, микроструктура начинала становиться сложной. Кристаллизация в сплаве будет меняться от круглых зерен до полос с сильной тенденцией к плоской деформации и, наконец, формировать пучок полос поперечной деформации. Поэтому предполагается, что эти изменения позволяют металлическому сплаву повысить свою ударную вязкость.

«Первоначально атомы металла в этом сплаве были гладкими и простыми зернами, но при низкотемпературном давлении они появляются. материалы».

Эндрю-младший, директор Центра электронной микроскопии лаборатории, добавил: «Когда металл деформируется, его структура становится очень сложной, и это преобразование помогает объяснить, почему он проявляет такое сопротивление разрушению».

Кроме того, профессор Рич также сказал: «Этот материал имеет значение вязкости разрушения до 500 МПа-метр квадратный при температуре жидкого гелия (-253.15 ° C)».

Профессор Рич объяснил: «Если в той же единице значение вязкости разрушения куска кремния составляет 1 млн МПа-квадратный метр, то значение вязкости разрушения фюзеляжа из алюминиевого сплава, используемого в пассажирских самолетах, составляет 35 МПа-квадратный метр, и лучший излом стали. При значении ударной вязкости 100 МПа на квадратный корень значения, демонстрируемые этим сплавом, просто поразительны».

Тем не менее, профессор Ричи сказал, что, хотя текущая разработка является захватывающей, еще слишком рано, чтобы ее можно было применять на практике. «Нам нужно больше времени, чтобы лучше понять свойства этого материала, чтобы в будущем мы могли применить его на практике и избежать несчастных случаев, которые люди не хотят видеть при его использовании».

Редакция новостей сообщила, что Джордж и Ритчи, профессора инженерии Окриджской национальной лаборатории, начали исследования хром-кобальт-никелевые сплавы десятилетие назад, объединив металл с марганцем и железосодержащим хромомарганцево-железо-кобальт-никелевым сплавом.

Когда они поместили материал при температуре жидкого азота (-196 °C), чтобы наблюдать за изменениями в металле, они обнаружили, что сплав обладает впечатляющей ударной вязкостью и прочностью. Чтобы испытать различные образцы при такой холодной температуре, им потребовалось 10 лет, чтобы найти всевозможный персонал и инструменты, и, наконец, пришли к результатам эксперимента.