超硬材料網(wǎng)

據(jù)外媒報道，香港大學(xué)（University of Hong Kong，HKU）機(jī)械工程系教授Huang Mingxin領(lǐng)頭，與美國勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室（Lawrence Berkeley National Lab，LBNL）的研究人員合作開展了超級鋼（Super Steel）項(xiàng)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(jìn)展。此種新鋼材的抗斷裂性大大提升，同時具有強(qiáng)大的強(qiáng)度，可用于先進(jìn)工業(yè)應(yīng)用。

（圖片來源：香港大學(xué)）

鋼是一種常用合金，因此材料科學(xué)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(jié)構(gòu)（延展性）、具有更強(qiáng)的抗變形能力（強(qiáng)度）和抗斷裂性（韌性）、重量輕且生產(chǎn)成本低的新鋼材。

該項(xiàng)任務(wù)很困難，因?yàn)閭鹘y(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為，提高一種金屬性能的表現(xiàn)，無論是強(qiáng)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(qiáng)度就會不可避免地讓金屬更脆（權(quán)衡強(qiáng)度-韌性）；或者不太柔韌，無法被拉伸成不同形狀（權(quán)衡強(qiáng)度-延展性）。

此前，該團(tuán)隊(duì)已經(jīng)顯著提高了D&P鋼的強(qiáng)度-延展性性能，因此，超級D&P鋼的三種金屬性能都達(dá)到了前所未有的高水平，這也是此前任何鋼鐵材料無法達(dá)到的。

（圖片來源：香港大學(xué)）

該團(tuán)隊(duì)在美國、歐盟和中國申請了多項(xiàng)專利，并一直與工業(yè)合作伙伴保持聯(lián)系，生產(chǎn)高強(qiáng)度橋梁電纜、防彈背心和汽車彈簧原型，以進(jìn)一步測試和試驗(yàn)新鋼材。D&P鋼取得的最新突破由香港大學(xué)與美國勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室Robert O. Ritchie教授研究團(tuán)隊(duì)取得，使得新鋼材的屈服抗變形強(qiáng)度約為2GPa、抗斷裂性達(dá)102MPam?、均勻延伸率達(dá)19%。

研究小組還在超級D&P鋼的結(jié)構(gòu)方面取得了重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)。超級鋼通過一種新型 “高強(qiáng)度誘導(dǎo)多層分層”增韌機(jī)制，具備了一種獨(dú)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(xiàn)有的鋼材高得多。

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

例如，鋼琴鋼絲強(qiáng)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(zhì)，但是此種強(qiáng)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(qiáng)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(yōu)勢，例如工業(yè)加工簡單、原材料成本低。可以通過傳統(tǒng)的軋制和退火工藝，無需復(fù)雜的制造路線和特殊設(shè)備就可制成。現(xiàn)在，我們離新型超級鋼的工業(yè)化又近了一步，其展示出巨大的應(yīng)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(yè)的高強(qiáng)度螺栓和螺母。”