Gränssnittsdislokationskontrollerad deformation och fraktur i nanoskiktade kompositer. Avståndet mellan gränssnittsdislokationerna, som tar emot felpassningsspänningar mellan ferrit- och cementitfasen, bestämmer fasspänningen och gränsytdislokationsnätverket i modellerna med nanolager-pearlit. Olika lägen för initialt aktiverad oelastisk deformation observeras enligt gränsytdislokationsavstånd eftersom fasspänningen och gränsytdislokationsnätverket påverkar den upplösta skjuvningen/normalspänningen och den kritiska upplösta skjuvningen/normalspänningen för varje oelastisk deformationsmod, respektive. Därav, gränssnittsdislokationsavstånd kan vara en nyckelparameter som styr duktiliteten hos dragna perlitstål och leder oss mot högre duktilitet hos dragna perlitstål. Kredit:Kanazawa University
Pearlit stål, eller perlit, är ett av de starkaste materialen i världen, och kan göras till långa, tunna trådar. Styrkan hos perlit gör att den tål mycket tung vikt, och den har den unika förmågan att sträcka sig och dra ihop sig utan att gå sönder (duktilitet). Duktilitet är viktigt för att bygga broar, eftersom även mycket starka material kan gå sönder när de utsätts för sträckning om de inte är tillräckligt formbara. Det är därför strukturer gjorda av betong fortfarande kan kollapsa under våldsamma jordbävningar. Pearlite används för hängbroar för att hjälpa dem att motstå kraftiga skakningar samtidigt som de stöder tung vikt.
Pearlite är gjord av omväxlande nanoskikt av cementit och ferrit. Cementiten gör den stark, medan ferriten gör den seg. Dock, tills nu, forskarna visste inte exakt hur de två arbetade tillsammans för att ge perlit dess speciella kvalitet, eller hur man kontrollerar deras dynamik för att konstruera ett ännu bättre material. Forskare vid Kanazawa University har upptäckt att störningar, eller förskjutningar, i arrangemanget av atomer längs gränsytan mellan en cementit och ett ferritskikt skyddar cementiten från att spricka under sträckning eller kompression. Deras studie publicerades förra månaden i tidskriften Acta Materialia .
"Avståndet mellan dislokationer på ett cementit-ferritgränssnitt bestämmer hur deformationen går genom nanoskikten, ", säger författarna. "Manipulation av dislokationsstrukturen och avståndet mellan dislokationer kan styra perlitens duktilitet."
Forskarna använde datorsimuleringar för att se hur en perlittråd skulle deformeras med dislokationer med olika orienteringar och olika avstånd mellan dem längs ferrit-cementitgränssnittet. De fann att särskilda dislokationsstrukturer och avstånd kunde stoppa sprickor från att bildas eller spridas i cementitskiktet.
"Att öka duktiliteten hos perlit betyder att den kan motstå mer skjuvpåkänning utan att gå sönder eller rivas, " säger författarna. Detta kan leda till en ny generation av material för att bygga byggnader och broar som tål kraftigare jordbävningar.
Forskarna tror att manipulering av dislokationer som består av hela kluster av atomer kan vara en allmän teknik för att förbättra inte bara duktilitet utan andra egenskaper hos material för att möta särskilda ingenjörs- och konstruktionsbehov.
