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香港大學新型超級鋼研發取得重大進展

關鍵詞 超級鋼|2020-06-01 11:39:25|來源 蓋世汽車
摘要 據外媒報道,香港大學(UniversityofHongKong,HKU)機械工程系教授HuangMingxin領頭,與美國勞倫斯伯克利國家實驗室(LawrenceBerkeleyN...

據外媒報道,香港大學(University of Hong Kong,HKU)機械工程系教授Huang Mingxin領頭,與美國勞倫斯伯克利國家實驗室(Lawrence Berkeley National Lab,LBNL)的研究人員合作開展了超級鋼(Super Steel)項目,并在新型超級D&P鋼方面(采用新型變形和分層法制成)取得了重大進展。此種新鋼材的抗斷裂性大大提升,同時具有強大的強度,可用于先進工業應用。

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(圖片來源:香港大學)

鋼是一種常用合金,因此材料科學家和工程師們都在不斷尋找新一代鋼材,即更容易延展成不同形狀和結構(延展性)、具有更強的抗變形能力(強度)和抗斷裂性(韌性)、重量輕且生產成本低的新鋼材。

該項任務很困難,因為傳統觀點認為,提高一種金屬性能的表現,無論是強度、延展性還是韌性,就會破壞其他一種或多種金屬性能。例如,增加強度就會不可避免地讓金屬更脆(權衡強度-韌性);或者不太柔韌,無法被拉伸成不同形狀(權衡強度-延展性)。

此前,該團隊已經顯著提高了D&P鋼的強度-延展性性能,因此,超級D&P鋼的三種金屬性能都達到了前所未有的高水平,這也是此前任何鋼鐵材料無法達到的。

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(圖片來源:香港大學)

該團隊在美國、歐盟和中國申請了多項專利,并一直與工業合作伙伴保持聯系,生產高強度橋梁電纜、防彈背心和汽車彈簧原型,以進一步測試和試驗新鋼材。D&P鋼取得的最新突破由香港大學與美國勞倫斯伯克利國家實驗室Robert O. Ritchie教授研究團隊取得,使得新鋼材的屈服抗變形強度約為2GPa、抗斷裂性達102MPam?、均勻延伸率達19%。

研究小組還在超級D&P鋼的結構方面取得了重大科學發現。超級鋼通過一種新型 “高強度誘導多層分層”增韌機制,具備了一種獨特的抗斷裂性特征,其中主斷裂表面下形成了多個微裂紋,而微裂紋能夠有效吸收來自外部作用力的能量,使新超級鋼的韌性比現有的鋼材高得多。

目前,高強度橋梁電纜鋼的屈服強度低于1.7 GPa,抗斷裂強度低于65 MPa m?,用于裝甲車的高強度鋼的最大強度-韌性性能也與之類似。因此,D&P鋼的韌性水平比現有的鋼材要高得多,同時保持超強的強度。

例如,鋼琴鋼絲強度超高,為2.6 GPa到2.9 GPa之間,具抗變形能力以保持樂器的音質,但是此種強度是以犧牲韌性為代價的,反過來會讓其非常脆弱。

與此同時,D&P鋼的原材料的成本只有目前航天航空中所用的馬氏體鋼成本的20%,后者的屈服強度和抗斷裂起始韌度分別為1.8 GPa和70 MPa m?。

研究人員表示:“D&P鋼還有其他優勢,例如工業加工簡單、原材料成本低。可以通過傳統的軋制和退火工藝,無需復雜的制造路線和特殊設備就可制成。現在,我們離新型超級鋼的工業化又近了一步,其展示出巨大的應用潛力,可用于高級防彈背心、橋梁電纜、輕型汽車、軍用車輛、航空航天以及建筑行業的高強度螺栓和螺母。”

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