Китайцы создали суперсталь, которая не "устает"

Исследователи из Института изучения металлов Китайской академии наук нашли способ многократно повысить прочность стали. Для этого они подвергли металл уникальному процессу скручивания, подобному выжиманию полотенца. Эта технология позволяет создать внутри материала микроскопическую структуру, которая в 10 тысяч раз, увеличивает его устойчивость к повреждениям.  

Усталость металла

Одной из фундаментальных проблем в материаловедении и машиностроении является усталость металлов. Этот коварный процесс заключается в постепенном накоплении микроскопических дефектов и повреждений внутри металлической структуры под воздействием циклических нагрузок. Со временем эти микроповреждения “сливаются”, образуя трещины, которые неуклонно растут, приводя к внезапному и зачастую катастрофическому разрушению всей конструкции. Проблема усталости металла имеет критическое значение для множества инженерных сооружений и механизмов. 

Процесс скручивания

В поисках решения этой давней проблемы китайские инженеры предложили оригинальный подход к упрочнению стали. Их инновационная технология заключается в скручивании металлической заготовки в специально разработанной установке, принцип действия которой отдаленно напоминает процесс отжима влажного полотенца. Этот контролируемый процесс деформации на микроуровне приводит к формированию внутри материала ультрамелкозернистой трехмерной структуры. 

Отличительной особенностью этой структуры является чрезвычайно малый размер отдельных "зерен" металла, каждое из которых имеет размер значительно меньше одного микрона. Уникальная микроструктура, созданная методом скручивания, обладает поразительными механическими свойствами. Она действует как высокоэффективная система микроскопических пружин. При ударном воздействии или циклической нагрузке эта мелкозернистая структура эффективно поглощает энергию, предотвращая распространение повреждений. Более того, при приложении нагрузки происходит активация еще более плотных внутренних слоев материала, что дополнительно многократно повышает сопротивляемость металла внешнему воздействию.  

Успешные испытания

Результаты испытаний модифицированной стали оказались впечатляющими. Предел текучести материала увеличился более чем в два раза, что означает, что сталь способна выдерживать значительно большие статические нагрузки без необратимой деформации. Однако наиболее поразительным стало увеличение устойчивости к усталостным повреждениям – в 10 тысяч раз! Для наглядности ученые приводят следующий пример: если обычная стальная деталь разрушается в среднем после 10 миллионов циклов механической нагрузки, то деталь, обработанная по новой технологии, способна выдержать колоссальные 100 миллиардов циклов до появления признаков разрушения. 

По мнению исследователей, разработанная ими революционная технология может найти широкое применение в производстве самых разнообразных изделий и конструкций, работающих в условиях высоких нагрузок и вибраций.