Создан жаропрочный сплав с нанокристаллической структурой
Железные сплавы с нанокристаллической структурой существенно тверже и прочнее обычных металлов с зёрнами микронных размеров, что теоретически делает первые совершенными конструкционными материалами. Но древо теории тут значительно портится прививками практики: нанокристаллические структуры ещё и намного более подвержены действию больших температур, каковые разрушают нанокристаллы и приводят к образованию зёрен куда бoльших размеров, что сокращает прочность сплавов.
Неприятность не неповторима, поскольку и привычные металлы при очень умеренном нагреве драматически теряют прочность. В случае если, к примеру, простое бревно либо древесный элемент каркаса нагреть до 600 ?С без свободного доступа кислорода (другими словами в стенки), то, как показывает практика, его прочность не будет изменяться весьма продолжительное время. А вот металл… Ну что тут сказать: башни-близнецы потому и упали, что их каркас (металлические металлоконструкции) утратил прочность при не через чур больших температурах.
Дело в том, что задолго до начала плавления микроструктура металла при нагреве начинает изменяться. Однородные зёрна возрастают в размерах, и прочность конструкции быстро падает.
Рис. 1. Структура нанокристаллического вольфрама по окончании недельного нагрева до 1 100 ?C: вверху слева — без сплавления с титаном, внизу слева — по окончании сплавления. (Фото Chookajorn et al / Science.)
Что же делать? Использовать те металлы, которым это в силу изюминок их строения характерно меньше всего. Исследователи из Массачусетского технологического университета (США) под управлением Кристофера Шуха попытались подобрать сплавы с этими компонентами, каковые не давали бы границам нанокристаллов, размером около 20 нм любой, нарушаться при нагреве до значимых температур.
Учёные испытали последовательность сплавов, включая вольфрам-титановый, что был самый устойчив к большим температурам: недельное нахождение под нагревом до 1 100 ?C никак не повлияло ни на размер нанокристаллов в его структуре, ни на прочность. Это рекордный итог: до сих пор железные сплавы, как и чистые металлы с нанокристаллической структурой, не теряющие прочность при таком нагреве, не виделись.
Кстати, таковой материал не было возможности найти путём ошибок и обычного метода проб, столь, увы, распространённого в металлургии. Опробованный исследователями подход, основанный на расчёте энергетических состояний в атомах разных сплавов, в этом отношении предоставляет неповторимую возможность создания вторых сплавов, с более недорогими компонентами, вместе с тем способных к сохранению полной прочности при нагреве.
Созданный материал может применяеться в машиностроении либо при создании новых видов сверхпрочной железной брони.
Отчёт об изучении возможно отыскать в издании Science.