Forskare från South Ural State University arbetar med att ta fram en innovativ, superlätt, och superstark stål som kallas bainit. Detta nya material har potentiella tillämpningar inom flygindustrin, maskinteknik och försvarsindustrin.

Utvecklingen har publicerats i Metallfysik och metallografi . Författarna till artikeln är doktor i vetenskap (fysik och matematik), Professor Djalal Mirzayev och docent vid Institutionen för optoinformatik vid SUSU Institute of Natural Sciences and Mathematics Ivan Buldashev.

Mycket starkt och formbart stål

Stål är en legering av järn och kol, men beroende på temperaturen värms järnet till, det är möjligt att få olika stålkonstruktioner. Detta beror på att inom intervallet noll till 911 grader Celsius, järnets egenskaper förändras helt. Vid en temperatur lägre än 911 grader Celsius, austenit går in i en mer formbar och mjuk fas som kallas ferrit, som bildas med långsam kylning. Vid tillverkning, ferrit används för bearbetning. Dock, med chockkylning, austenit bildar en superhård fas som kallas martensit.

"Martensite är en solid fas av stål, eftersom under snabb kylning, kol kan inte separeras helt som hårdmetall och fastnar i strukturen. Dessutom, under denna typ av kylning, många mikroskopiska defekter uppträder - dislokationer, som inte är farliga, men försvagar stålet. Martensite är samtidigt en hård och spröd struktur. Vårt mål är att skapa stål som bibehåller den höga hårdheten hos martensit och tillräcklig formbarhet, och är därför starkare, säger Djalal Mirzayev.

Nytt stål för oljeindustrin

Grunden för den aktuella forskningen är bainite, som liknar martensit. Det produceras genom att tillsätta element som nickel, krom, mangan och kisel. Bibehåller den högsta styrkan, bainit har en högre formbarhet än martensit. Dock, bainites formbarhet är inte ultimat. Forskarna från SUSU arbetar med att få karbidfri bainit, vilket gör det möjligt att öka dess slagmotstånd, eftersom hårdmetallpartiklar är spänningskoncentratorer som stimulerar fraktur. En viktigare aspekt är att minska produktionstiden för denna typ av stål.

Det är viktigt att notera att detta nya stål kommer att bli 15 till 30 procent starkare. Det kan hitta tillämpning inom försvarsindustrin och oljeindustrin. Rör tillverkade av hårdmetallfri bainit har inte bara hög slagfasthet, de kommer också att ha hållbar styrka i arktiska klimat. I framtiden, forskarna kommer att arbeta med att söka efter den optimala sammansättningen av nytt stål, vars egenskaper beror på vilken industri materialet är avsett för.