El profesor Huang Mingxin muestra una pieza delgada y ligera de súper acero que demuestra un nivel ultra alto de resistencia a la fractura. fuerza y ductilidad. Crédito:Universidad de Hong Kong
El proyecto Super Steel dirigido por el profesor Huang Mingxin en el Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad de Hong Kong (HKU), con colaboradores en el Lawrence Berkeley National Lab (LBNL), ha logrado un avance importante en su nuevo acero súper D&P (producido con un nuevo método deformado y dividido) para mejorar en gran medida su resistencia a la fractura mientras mantiene una resistencia súper fuerte para aplicaciones industriales avanzadas.
Los hallazgos fueron publicados en Ciencias el 8 de mayo de 2020 en el documento titulado "Haciendo un acero ultrafuerte resistente mediante la delaminación de los límites de los granos".
El acero es una aleación común. Los científicos e ingenieros de materiales buscan continuamente desarrollar materiales de acero de nueva generación que sean más fáciles de extender y alargar (ductilidad) en diferentes formas y estructuras. mayor resistencia a la deformación (fuerza) y fractura (tenacidad), Ligero en peso y bajo costo de producción.
La tarea ha sido difícil. La visión convencional es que elevar el rendimiento de una propiedad metálica, ya sea en fuerza, ductilidad o tenacidad, socavará uno o más de los demás. Por ejemplo, un aumento en la resistencia inevitablemente hará que el metal sea más frágil (conocido como el compromiso resistencia-tenacidad); o menos flexible para extenderse o alargarse en diferentes formas. (compensación fuerza-ductilidad).
"En este último avance en acero súper D&P, Logramos una combinación de resistencia y tenacidad sin precedentes que puede abordar un desafío importante en aplicaciones industriales críticas para la seguridad:lograr una tenacidad a la fractura ultra alta para evitar una fractura prematura catastrófica de materiales estructurales. El avance también cambia la visión convencional de que lograr una alta resistencia será a expensas del deterioro de la tenacidad. que invariablemente conduce a la fragilización de los materiales estructurales y limita en gran medida su aplicación, "dijo el profesor Huang.
Anteriormente, el equipo había aumentado significativamente el rendimiento de resistencia-ductilidad del acero D&P (Nota 1), el acero súper D&P, por lo tanto, logra un excelente rendimiento en las tres propiedades metálicas a un nivel alto sin precedentes que no alcanzó ningún material de acero antes.
(A) límite elástico-tenacidad y (B) límite elástico-alargamiento uniforme del presente innovador acero D&P en comparación con otros materiales metálicos de alta resistencia existentes. El acero D&P demostró la mejor combinación de límite elástico, tenacidad y alargamiento uniforme. Crédito:Universidad de Hong Kong
Varias patentes en EE. UU., Se han presentado la UE y China. El equipo ha estado en contacto con socios industriales para generar prototipos de cable puente de alta resistencia, chaleco antibalas y muelle de coche con el súper acero para realizar más pruebas y ensayos. El último avance en el acero D&P, realizado en colaboración con el equipo de investigación del profesor Robert O. Ritchie en el Lawrence Berkeley National Lab (LBNL) y UC Berkeley, da como resultado que el acero tenga una resistencia al límite elástico contra la deformación de ~ 2GPa, una tenacidad superior a la fractura de 102MPam½, y un buen alargamiento uniforme del 19%.
El equipo también ha hecho un descubrimiento científico importante en la estructura del acero súper D&P. El súper acero tiene una característica de fractura única en la que se forman múltiples microgrietas debajo de la superficie de fractura principal, a través de un novedoso mecanismo de endurecimiento de "multi-delaminación inducida de alta resistencia". Estas microgrietas pueden absorber eficazmente la energía de las fuerzas aplicadas externamente, resultando en una resistencia de tenacidad mucho mayor del acero en comparación con los materiales de acero existentes.
En la actualidad, El acero de alta resistencia para cables de puente tiene un límite elástico inferior a 1,7 GPa ~, y una tenacidad a la fractura inferior a 65 MPa m½; El acero blindado de alta resistencia que se utiliza en los vehículos blindados tiene una combinación similar de resistencia máxima y dureza. El nivel de tenacidad que puede alcanzar el acero D&P es, por lo tanto, mucho más alto que el de los materiales de acero existentes. mientras se mantiene súper fuerte en fuerza.
Cuerda de piano de acero, por ejemplo, tiene una resistencia ultra alta que va de 2.6 a 2.9 GPa para resistir la deformación y mantener el instrumento afinado, que se consigue a expensas de la tenacidad y, a su vez, es muy frágil.
Mientras tanto, El costo de las materias primas del acero D&P es solo el 20% del acero maraging que se usa actualmente en la industria aeroespacial (por ejemplo, Grado 300, cuyo límite elástico y tenacidad al inicio de la fractura son 1.8 GPa y 70 MPa m½, respectivamente).
"El acero D&P tiene otras ventajas, como un procesamiento industrial simple y un bajo costo de materias primas. Puede producirse mediante procesos convencionales de laminado y recocido, como tal, no se requieren rutas de fabricación complejas ni equipos especiales, "dijo la señorita Li Liu, el primer autor del artículo de la revista y un Ph.D. estudiante supervisado por el profesor Huang.
"Hemos dado un gran paso hacia la industrialización del novedoso súper acero. Demuestra un gran potencial para ser utilizado en diversas aplicaciones, incluidos chalecos antibalas superiores, cables de puente, automóviles ligeros y vehículos militares, aeroespacial, y pernos y tuercas de alta resistencia en la industria de la construcción ", agregó el profesor Huang.
