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  • 1 # cnBeta

    每當人們試圖改進像鋼這樣的材料時,可能最終會同時引入新的弱點,這是一個令人沮喪的事實,而這是一種在不同效能之間的平衡行為。現在工程師們開發出了一種新型的“超級鋼”,它可以抵禦這種權衡,在保持強度的同時還能抗斷裂。

    對於鋼這樣的材料,有三個主要屬性需要平衡--強度、韌性和延展性。前兩者聽起來可能是一樣的,但有一個重要的區別。強度是指材料在變形或失效前能承受多少載荷,而韌性則是指材料斷裂所需的力的大小。作為參考,玻璃的強度相對較高,但韌性較低,所以它能承受相當大的重量,但不需要多大的力就能斷裂。

    最後,延展性是衡量材料是否容易延伸或伸長成不同形狀的一個指標。不幸的是,提高這三種性能中的一種往往會降低另一種效能。比如說,提高強度,往往會使材料的韌性或延展性降低。

    但現在,香港大學和美國勞倫斯伯克利國家實驗室的研究人員表示,他們已經成功地生產出了一種在這三種性能上都具有高階效能的鋼。他們大膽地稱它為 “超級鋼”。這種新材料的抗變形屈服強度約為2GPa,斷裂韌性為102MPa-m½,均勻延伸率為19%。該團隊表示,這使得這種“超強鋼”比航空航天工程中使用的Grade 300馬氏體時效鋼更強、更堅韌--而這種新型鋼的製造成本只有其價格的20%左右。

    這種超級鋼採用了一種新的變形分配法(D&P)製造,它的韌性來自於一種獨特的設計特徵。當材料表面出現斷裂時,在其下方會形成多條細小的裂紋。這些細小的裂紋會繼續吸收外力的能量,防止主裂紋過快擴散。

    該團隊表示,這種新型超級鋼可能會在高強度橋樑電纜、防彈衣和汽車彈簧等方面找到用途。“我們已經向新型超級鋼的產業化邁出了一大步,”該研究的主要作者黃明欣表示。“它顯示出了巨大的應用潛力,可應用於各種領域,包括超強防彈衣、橋樑電纜、輕型汽車和軍用車輛、航空航天、建築行業的高強度螺栓和螺母等。”

    這項研究發表在《科學》雜誌上。

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