Fer et acier, sans doute l'une des personnes les plus de métaux communs. Dans la longue histoire de milliers d'années, les gens maîtrisent la technologie de fusion et de transformation du fer et de l'acier, pour faire partie de la vie des gens inséparables. Jusqu'à présent, l'acier a été largement utilisé dans divers types de construction, les infrastructures, les machines, les navires, les automobiles et d'autres zones colorées. Dans le domaine des matériaux de construction, de fer et de l'acier fait aussi mon grand frère.
Châssis renforcé en acier, est utilisé pour décrire l'os comme la fonte et l'acier a frappé aussi dur. Récemment, les scientifiques basés sur la structure interne de l'os, mis au point un nouvel acier super bionique, cet acier a une résistance supérieure est inégalée par l'acier ordinaire.
Cependant, l'acier a aussi son talon d'Achille ». . Un tel acier métallique facilement rayage former des fissures fines, les fines fissures, sinon limité, pourrait se développer à l'intérieur de l'acier et les matériaux de structure monolithique finira par conduire à l'échec de fracture. et ce « Metal Fatigue " Le phénomène est l'un des facteurs les plus communs défaillance de la structure « en acier ». Le regretté professeur de métallurgie Joseph au MIT · Tasang (Cemal Cem Tasan) a dit: " La plupart des matériaux ne accident, elle est causée par la fatigue du métal. "
« Fatigue en métal » est définie comme: Longueur structure métallique en raison de la contrainte causée par la dégradation de la structure dynamique, la contrainte nécessaire pour la déformation permanente se produit même si une telle contrainte est beaucoup plus petit que l'état statique de métal.
Prenez, par exemple, dans notre plan de tous les jours, le décollage de la cabine intérieure et descente souvent accompagnés par des changements de la pression atmosphérique, ce qui a conduit à l'expansion et la contraction répétée des matériaux de cabine, ce qui peut provoquer métallique interne germé de minuscules fissures. Et dans une telle contrainte cyclique à long terme, des fissures peuvent se développer davantage, et ainsi conduire à une rupture soudaine de toute la structure.
En fait, Il était fatigue métal dans la première histoire de l'aviation, le nombre, l'accident a causé le coupable. Professeur Tasang a dit: « si nous pouvions concevoir un nouveau matériau, même après le début de l'initiation de la fissure, la microstructure peut prévenir efficacement la croissance des fissures? »
Récemment, de l'Université de Kyushu au Japon, en Allemagne Max - chercheurs Planck Institut et l'Institut de technologie du Massachusetts inspirés os , Mis au point une fracture de fatigue propriétés ultra-haute a « Acier Super » . L'étude a été publiée dans la revue "Science" a récemment publié (M. Koyama, et al. Science, 2017 (355), 1055-1057).
En fait, pour éviter la structure métallique en raison de la fatigue des métaux a entraîné une rupture matérielle, scientifique génie des matériaux a été confronté à des défis difficiles.
Cependant, il est pas satisfaisant, les ingénieurs souvent à ce stade ne peut être utilisé un moyen de « solution temporaire »: Lors de la conception de la structure, sélectionnez un facteur de sécurité plus grande, puis mis de côté une certaine marge de sécurité - inévitablement, il va également ajouter des frais supplémentaires et du poids, mais aussi reflète plus ou moins les ingénieurs de une certaine frustration: Conception d'un nouveau matériaux de construction ayant des propriétés de fatigue ultra-haute comme sans eau, les gens incapables de procéder.
microstructure de l'os humain et fissure initiation mécanisme de blocage schématique
Cependant, la nature a encore une fois donné l'inspiration pour les chercheurs. Ces dernières années, les scientifiques ont progressivement remarqué, Les os a une excellente résistance à la ténacité à la rupture. Surtout en considérant le poids des os humains, Ce matériaux légers ont des performances supérieures est particulièrement importante.
Les scientifiques ont constaté que, Les os humains ont une ténacité élevée De la racine d'une structure multicouche ayant (Structure hiérarchique) . A l'échelle nanométrique fines fibres de collagène lamellaires sont disposées, et les différentes couches de fibres sont disposées dans des directions différentes et en appuyant sur la croissance. Dans une plus grande échelle du micron, ces couches de fibres fermer une forme de réseau de l'os cortical.
Ces caractéristiques structurelles célèbre De telle sorte que leurs os, tout en maintenant un liens léger et solide, mais empêchent également les fissures se propagent plus loin dans toutes les directions.
acier commun diagramme schématique de la microstructure « super acier »
Par rapport à acier ordinaire est maintenant un usage commercial, les chercheurs ont développé cette composition nominale de la microstructure de Fe-9mn-3Ni-1.4Al-0.01c (fraction de masse) super acier semble unique. Ce Super Steel a établi trois caractéristiques en un: Tout d'abord, un alliage contenant une pluralité de phases ( Composé de plus d'une phase). En second lieu, ayant une structure nano-couches. En troisième lieu, avec une phase métastable .
Parmi ces matériaux, la pointe de la fissure peut provoquer l'initiation de l'austénite d'origine à une structure de martensite. Et parce que cette modification entraîne une expansion de volume, et donc la formation de contraintes résiduelles (pression) dans le matériau intérieur, et donc l'effet adhésif peut jouer un début de fissure. en faisant appel Le rapport de composition de martensite et d'austénite nombre entier de phase, de ce fait empêcher la formation de microfissures à la fois bon, mais pas provoquer un nouveau défaut.
Non seulement cela, le nouvel acier super aussi Avec une variété d'alliage composants ayant des duretés différentes. Ainsi, même si l'initiation de la fissure, il sera difficile d'étendre, ce qui réduit la possibilité d'une nouvelle croissance des petites fissures dans la moindre.
De plus, Microstructure d'une pluralité de composition de phase Alors que certaines zones du matériau ayant une meilleure flexibilité, contribue ainsi à absorber la contrainte appliquée à l'acier périodique. Dans certains cas, il peut même réduire l'apparition de fissures. Ainsi, cette interface a une structure unique, la stabilité de phase et de la distribution de phase de super acier capable d'activer simultanément une pluralité de mécanismes de résistance à la propagation de fissure.
Essais de fatigue a montré que l'acier conventionnel (ferritique - et de l'acier de plasticité induite par transformation martensitique, l'acier duplex, un nanocouches de tôle d'acier perlitique) comparée Ceci est un « super acier » ont considérablement améliorer la performance de la fissuration mécanique.
Figurez-vous, un jour à l'avenir, les ingénieurs seront appelés à mettre cela sur la production d'acier pour ponts ou de l'équipement de l'aviation, afin d'éviter efficacement le conduire à l'initiation des fissures de fatigue du métal, ou provoquera une rupture composante soudaine inattendue au moment problème de l'échec.
Bien que ce soit un super-acier est avéré, mais cette fois le saut de la conception matérielle, ne peut être appelée « première étape longue Mars. » Professeur Tasang l'un de l'auteur correspondant de cette thèse sans ménagement, Dans l'étape suivante, ils vont probablement chercher à élargir davantage le processus de fabrication, la commercialisation et à explorer.
Cependant, par rapport aux précédents précédemment rapportés alliages à haute entropie et a également une haute ténacité de la soie, Traitement de l'acier et le processus de préparation est beaucoup plus mature. Le premier auteur du papier, professeur au Département des matériaux de l'Université de Kyushu colline cette route (Motomichi Koyama) a dit: La technologie de traitement de l'acier traditionnel devrait être en mesure d'appliquer dans ce matériau. Il est très confiant «a déclaré l'expansion (par rapport à la R & D) matière ne devrait pas être un gros problème. »
