Предложен новый метод деформации стали для ее упрочения

Исследователи из университета Брауна и ряда китайских университетов открыли простую технологию, способную упрочить сталь, не жертвуя ее податливостью.

Новая технология, описанная в издании Nature Communications, позволяет производить сталь, которая значительно лучше традиционной стали в различных структурных областях применения.

Прочность и податливость — решающие свойства материалов, особенно тех, что используются в структурных областях применения. Прочность — мера того, насколько материал может растягиваться без изломов. Материал, испытывающий нехватку прочности, будет демонстрировать тенденцию к усталости, медленно разрушаясь со временем. Материал же, испытывающий нехватку податливости, способен внезапно разрушиться.

Сталь — один из редких материалов, который прочен и податлив, и потому используется повсеместно в качестве структурного материала. Но как бы ни была хороша сталь, инженеры постоянно работают над ее усовершенствованием. Проблема в том, что улучшая одно из двух наиболее важных свойств стали, приходится жертвовать вторым, и наоборот.

Профессор Хуа Чжань Гао с коллегами нашли решение проблемы в цилиндрах, сделанных из специфического типа стали под названием ТВИП-сталь или сталь с двойниковой индуцированной пластичностью.

ТВИП-сталь становится тверже за счет механического упрочения. Механическое упрочение — процесс упрочнения стали вследствие ее деформации — изгиба, выпрямления, или даже боя на штамповочном прессе. Когда ТВИП-сталь деформируется, в ее атомной решетке формируются наноразмерные структуры под названием деформационные двойники. Последние являют собой линейные границы с одинаковыми кристаллическими структурами с обеих сторон, создавая, таким образом, зеркальное отображение. Двойниковые структуры и делают ТВИП-сталь более прочной.

Для деформации ТВИП-стали ученые вместо ковки и сгибания стали скручивать стальные цилиндры, благодаря чему молекулы во внешнем слое деформировались в значительно большей степени, чем в сердцевине. Так двойниковые деформации формируются лишь на поверхности, а ядро остается в большей степени нетронутым.

В итоге получается цилиндр, сочетающий лучшие качества: поверхность становится прочней и устойчивей к изломам, а внутренность сохраняет исходную податливость.

Ученые надеются, что их технология будет использоваться для предварительной обработки стальных деталей цилиндрической формы, например, автомобильных валов или осей для скоростных поездов.