Идеально, стали и связанные со сталью сплавы должны быть способны к обоим свойствам: они не должны фрагментировать, например во время обработки в заводе или как кузова автомобилей, включенные в результате несчастного случая. Другими словами, они должны быть «податливыми», поскольку материаловеды обращаются к нему. Однако они также должны быть сильными так, чтобы они не деформировались или сломались, когда подвергнуто слабым силам. Команда, возглавляемая Дирком Раабом, директором в мехе Макса-Планка-Института Eisenforschung и Cemal Cem Tasan, раньше глава исследовательской группы в этом Институте и теперь преподавателе в Массачусетском технологическом институте в США, теперь преуспела в том, чтобы комбинировать оба свойства в одном материале.
До настоящего времени чрезвычайно податливые металлические материалы не были особенно сильны и наоборот.«Мы преследовали новую стратегию в развитии этого материала, который обычно открывает новые возможности для дизайна металлических материалов», говорит Дирк Рааб. Команда начала в типе материала, который был предметом обширного тестирования материаловедами в последние годы, но который был слишком хрупким для многих заявлений вплоть до сих пор: сплавы, в которых металлурги объединяют подобные количества, как правило, пяти или больше различных металлов.Атомный беспорядок позволяет сплавы высокой прочности
Поскольку атомы различных элементов распределены вдоль положений в кристаллических решетках этих материалов без любого идентифицируемого заказа, и энтропия – до некоторой степени, мера для беспорядка, материалы называют сплавами высокой энтропии. Такие материалы могут быть особенно сильными, потому что беспорядок многочисленных различных атомов в структуре мешает дислокациям перемещаться. Дислокации – дефекты в кристаллической решетке, которые перемещаются через кристалл, когда материал становится деформированным.
Однако был один недостаток к высокой прочности сплавов с атомным беспорядком до настоящего времени: когда такой материал уступает дорогу под давлением, это обычно хрупкое.Стали, которые, главным образом, содержат железо, обычно другое основное составляющие и небольшие количества других элементов как углерод, ванадий или хром, с другой стороны, часто податливы.
Они не хрупкие; однако, вплоть до сих пор они не были достаточно сильны, чтобы позволить, например, строительство кузовов автомобилей с более тонкими листами. В кристаллах сталей более или менее регулярно устраиваются атомы. Стали становятся особенно податливыми хотя, если они могут переключиться от одной структуры до другого.
Это вызвано тем, что этот процесс глотает энергию, которая больше не может тогда начинать повреждение в материале. В кузове автомобиля или других стальных компонентах, крошечные области тогда чередуются с двумя различными мерами атома.Изменение в кристаллической структуре делает материал податливымТочно это сосуществование различных кристаллических структур было вредно для сплавов высокой энтропии – к настоящему времени. «Мы теперь перевернули эту концепцию с ног на голову, поскольку недавние исследования показали, что это не важный фактор», говорит Жиминг Ли, который сделал этот научный благоприятный поворот темой его проекта.
Вместе с его коллегами Ли искал материал то есть, с одной стороны, столь же сильный как сплав высокой энтропии, но, как особенно податливые стали, имеет две сосуществующих кристаллических структуры. Поиск произвел сплав, сделанный из 50-процентного железа, 30-процентного марганца и 10 процентов соответственно кобальта и хрома.
«С этим сплавом мы показали, что наше понятие работает», говорит Рааб. «Если мы далее улучшаем микроструктуру и состав, мы можем еще больше увеличить силу и податливость». Это – точно область, исследователи теперь продолжают работать.
Это означает, что они могли, раз и навсегда, решить дилемму металлической обрабатывающей отрасли промышленности необходимости выбрать между сильными или податливыми материалами. Металлические материалы от дюссельдорфского штамповочного пресса материалов могли обрабатываться так же легко и стоиться эффективно как особенно податливая сталь и поглотить столько же энергии воздействия в результате несчастного случая, когда включено в корпус автомобиля.
В то же время материал был бы достаточно силен настолько тонкий, и таким образом недорогие и сохраняющие ресурс металлические листы не уступают дорогу, когда подвергнуто слабой силе.