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工业之美香港大学研发出“超级钢”指甲大小可以承重一头大象

作者:火狐体育在线登录 来源:火狐体育全站APP 时间:2022-09-29 10:46:33


  香港大学研究团队研发出一种“超级钢”,可以兼顾钢材的高强度、延展性和韧性。

  5月12日,香港大学机械工程系教授黄明欣在“超级钢”研究项目新闻发布会对界面新闻记者称,传统科学观点认为,高端钢材要求的高强度、延展性和韧性三项指标是难以兼得的,但“超级钢”实现了突破,目前正在跟一些企业商谈合作,且在申请多国专利。

  黄明欣对界面新闻记者表示,一块1平方厘米大小、厚1.5毫米的“超级钢”样品,可以承受3吨的重量。这相当于一头成年亚洲象的重量。

  汽车、航空及国防等工业对金属材料的要求,既需要超高强度来大幅提高结构承重抗变形的能力,也希望材料有良好的延展性和韧性,不容易折断碎裂,让零部件能够精准成型,并防止出现材料和部件意外失效的情况。

  传统科学观点认为,金属的强度、延展性和韧性三种属性,有着此销彼长的关系,即提升其中一种属性的功能时,其余一或两种会相应降低,三者无法俱得。

  2017年,黄明欣团队取得高强度和高延展性组合的突破,在维持钢材的超高强度下,使其可以精准成型。

  但在钢材韧性的研究上,突破更为困难。黄明欣称,提升钢材强度往往会降低韧性,导致材料脆性增加,相关研究工作相当艰巨,当强度进入超高范围时,进一步改善材料韧性的难度将以倍增。

  目前,应用于桥梁缆索、装甲车的工业钢材屈服强度极高,可达到1.7 GPa,即结构承重抗变形能力很强,但韧性度最高也未能超越65 MPam,未达到理想状态。

  此后,黄明欣团队与美国柏克莱国家实验室进行了合作。今年,他们在提升“超级钢”的韧性上取得重大进展。

  5月8日,双方合作将最新的研究成果也发表在了《科学》期刊上。始于1880年的《科学》杂志,是美国科学促进会出版的一份学术期刊,为全世界最权威的学术期刊之一。

  据黄明欣介绍,其团队发现D&P钢材具有非常独特的断裂方式,在主裂纹下方,形成很多微小裂纹。

  黄明欣对界面新闻记者表示,这项最新的科研突破可以理解为,在一块普通钢材上,实现了纵横交错的“裂纹”,“裂纹”在保证强度的前提下,实现韧度增强。

  “这些微小裂纹能有效吸收由外力引致的能量,从而大幅提高钢材的断裂韧性,远高于目前使用的钢材料。”黄明欣说,这个概念被称之为“晶界分层开裂增韧”。

  据黄明欣称,“超级钢”的屈服强度和断裂韧性,高于现在航空航天用的马氏体时效钢,成本只有它的1/5。

  马氏体时效钢的屈服强度和断裂韧性分别是1.8 GPa和70 MPa m,属于高屈服强度和高断裂韧性,价格堪比黄金。

  黄明欣对界面新闻称,这需要钢厂加入温轧工序,通过改造现有的冷轧或者热轧设备得以实现。工艺改造后,“超级钢”量产的可能性大幅增加。