Zabudnuté heslo?
Prihlásenie

Vďaka novej úprave sú oceľové zliatiny pevnejšie a pružnejšie

Vďaka novej úprave sú oceľové zliatiny pevnejšie a pružnejšie
Autor:
Roman Mališka
Zverejnené:
7. 6. 2023
Hodnotenie:
Už ste hlasovali.

Pevnosť a pružnosť sú dva protiklady, ktoré je zvyčajne potrebné v oceli vyvážiť. Inžinieri z Purdueovej univerzity a Sandia National Labs však teraz vyvinuli novú úpravu, ktorú možno aplikovať na oceľové zliatiny, aby boli pevnejšie a zároveň pružnejšie, čo by mohlo mať široké využitie v energetike a letectve.

Pevnosť je meradlom toho, aké veľké zaťaženie môže materiál vydržať, kým zlyhá, zatiaľ čo ťažnosť meria, ako ľahko sa dá roztiahnuť alebo predĺžiť do rôznych tvarov. Tieto dve vlastnosti sú zvyčajne vo vzájomnom rozpore. To vedie ku kompromisu, ktorý je potrebné urobiť v závislosti od konkrétnej aplikácie. V prípade kovov ide o drobné zrnká, ktoré tvoria materiál. Väčšie zrná sa lepšie deformujú a umožňujú lepšiu ťažnosť, zatiaľ čo menšie zrná zvládajú väčšie namáhanie, čím zvyšujú pevnosť.

V novej štúdii vedci vyvinuli úpravu ocele, ktorá dokáže lepšie vyvážiť pevnosť a ťažnosť úpravou týchto zŕn. Tím spracoval zliatinu ocele známu ako T-91, aby vytvoril nový materiál, ktorý nazvali ako Gradient T-91 (G-T91), ktorý, ako už názov napovedá, má veľkosti zŕn v celom rozsahu.

Úprava vytvára tenkú vrstvu veľmi jemných kovových zŕn od povrchu až po približne 200 mikrometrov v materiáli. Zrná na vonkajšej strane majú menej ako 100 nanometrov, zatiaľ čo zrná v strede sú až 100-krát väčšie. Vďaka tomu má G-T91 medzu klzu 700 megapascalov, čo je o 36 % lepšie ako pri neupravej zliatine ocele T-91, a o 50 % lepšiu plasticitu ako má T-91.

Ilustračný obrázok. Zdroj: Freepik

„V tom je krása tejto štruktúry. Stred je mäkký, takže si dokáže udržať plasticitu, ale zavedením nanolaminátu sa povrch stal oveľa tvrdším,“ povedal Zhongxia Shang, hlavný autor štúdie. „Ak potom vytvoríte tento gradient, s veľkými zrnami v strede a nanovrstvami na povrchu, deformujú sa synergicky. Veľké zrná sa starajú o rozťahovanie a malé zrná sa prispôsobujú namáhaniu. A teraz môžete vytvoriť materiál, ktorý má kombináciu pevnosti a ťažnosti“.

Aby tím zistil, ako to funguje, urobil snímky materiálu pomocou skenovacieho elektrónového mikroskopu v rôznych štádiách aplikovanej deformácie. Za normálnych okolností sú ultrajemné zrná pri povrchu orientované vertikálne, ale pri väčšom namáhaní začnú nadobúdať guľovitejší tvar, potom sa otočia a roztiahnu sa horizontálne. To umožňuje účinnejšiu deformáciu ocele.

Ako a prečo sa zrná pohybujú, zostáva podľa tímu záhadou. V budúcnosti sa to bude skúmať, čo môže pomôcť odhaliť lepšie spôsoby usporiadania zŕn na výrobu materiálov s rôznymi vlastnosťami. Výskum bol nedávno uverejnený v magazíne Science Advances.