Super Steel -projektet som leds av professor Huang Mingxin vid Institutionen för maskinteknik vid University of Hong Kong (HKU), med medarbetare på Lawrence Berkeley National Lab (LBNL), har gjort ett viktigt genombrott i sitt nya super D &P -stål (tillverkat med en ny deformerad och uppdelad metod) för att kraftigt förbättra sin sprickresistens samtidigt som den håller superstark hållfasthet för avancerade industriella applikationer.

Resultaten publicerades i Vetenskap den 8 maj 2020 i tidningen med titeln "Making Ultrastrong Steel Tough by Grain-Boundary Delamination".

Stål är en vanlig legering. Materialvetare och ingenjörer strävar ständigt efter att utveckla ny generation stålmaterial som är lättare att förlänga och förlänga (duktilitet) till olika former och strukturer, högre motståndskraft mot deformation (hållfasthet) och fraktur (seghet), lätt i vikt och låg produktionskostnad.

Uppgiften har varit svår. Den konventionella uppfattningen är att höja prestanda för en metallisk egenskap, om det är i styrka, duktilitet eller seghet, kommer att undergräva en eller flera av de andra. Till exempel, en ökning av hållfastheten kommer oundvikligen att göra metallen mer spröd (känd som avvägningen mellan hållfasthet och seghet); eller mindre flexibel för att förlängas eller förlängas till olika former. (avvägning av styrka-duktilitet).

"I detta senaste genombrott i super D &P -stål, vi uppnådde en kombination av styrka-seghet utan motstycke som kan hantera en stor utmaning i säkerhetskritiska industriella tillämpningar-att uppnå en ultrahög sprickhållfasthet för att förhindra katastrofala för tidiga sprickor av konstruktionsmaterial. Genombrottet förändrar också den konventionella uppfattningen att att uppnå hög hållfasthet kommer att gå på bekostnad av försämrad seghet, vilket alltid leder till sprödhet av strukturmaterial och i hög grad begränsar deras tillämpning, sa professor Huang.

Teamet hade tidigare höjt D &P-stålets hållfasthetsprestanda betydligt (not 1), super D &P-stål uppnår därför utmärkt prestanda i alla tre metallegenskaperna på en oöverträffad hög nivå som inte nåtts av några stålmaterial tidigare.

Flera patent i USA, EU och Kina har lagts in. Teamet har haft kontakt med industriella partners för att skapa prototyper av höghållfast brokabel, skottsäker väst och bilfjäder med superstål för ytterligare tester och försök som ska utföras. Det senaste genombrottet i D&P -stål, gjord i samarbete med professor Robert O. Ritchies forskargrupp vid Lawrence Berkeley National Lab (LBNL) och UC Berkeley, resulterar i att stål ger en hållfasthet mot deformation av ~ 2GPa, en överlägsen sprickhållfasthet på 102MPam½, och en bra enhetlig förlängning på 19%.

Teamet har också gjort en viktig vetenskaplig upptäckt i strukturen för super D &P -stål. Superstålet har en unik sprickfunktion där flera mikrosprickor bildas under huvudbrottytan, genom en ny härdningsmekanism med "höghållfast inducerad multi-delaminering". Dessa mikrosprickor kan effektivt absorbera energi från externt applicerade krafter, vilket resulterar i stålets mycket högre seghetstålighet jämfört med befintliga stålmaterial.

För närvarande, höghållfast stål för brokablar har en sträckgräns lägre än 1,7 GPa ~, och en brotteghet lägre än 65 MPa m½; höghållfast pansarstål som används i pansarbilar har en liknande maximal styrka - seghetskombination. Den seghetsnivå som D &P -stål kan uppnå är därför mycket högre än för befintliga stålmaterial, samtidigt som den är superstark i styrka.

Pianotråd av stål, till exempel, har en ultrahög styrka som sträcker sig från 2,6 till 2,9 GPa för att motstå deformation och för att hålla instrumentet i harmoni, som uppnås på bekostnad av seghet och i sin tur är mycket spröd.

Under tiden, kostnaden för råmaterial för D &P -stål är endast 20% av det maragerande stål som för närvarande används inom flyg och rymd (t.ex. grad 300, vars sträckgräns och sprickans igångseghet är 1,8 GPa och 70 MPa m½, respektive).

"D &P-stål har andra fördelar som enkel industriell bearbetning och låga råvarukostnader. Det kan produceras genom konventionella valsnings- och glödgningsprocesser, som sådan krävs inga komplexa tillverkningsvägar och särskild utrustning, "sa fröken Li Liu, den första författaren till tidningsartikeln och en doktorsexamen student under tillsyn av professor Huang.

"Vi har tagit ett stort steg närmare att industrialisera det nya superstålet. Det visar en stor potential att användas i olika applikationer, inklusive överlägsna skottsäkra västar, brokablar, lätta bilar och militära fordon, flyg, och höghållfasta bultar och muttrar i byggbranschen. "tillade professor Huang.