Создан жаропрочный сплав с нанокристаллической структурой

Металлические сплавы с нанокристаллической структурой значительно жёстче и прочнее нормальных металлов с зёрнами микронных размеров, что теоретически делает первые идеальными конструкционными материалами. Но древо теории здесь существенно портится прививками практики: нанокристаллические структуры ещё и значительно более подвержены воздействию высоких температур, которые разрушают нанокристаллы и приводят к образованию зёрен куда б?льших размеров, что уменьшает прочность сплавов.

Проблема не уникальна, ведь и привычные металлы при весьма умеренном нагреве драматически теряют прочность. Если, например, обычное бревно или деревянный элемент каркаса нагреть до 600 ?С без свободного доступа кислорода (то есть внутри стены), то, как показывает опыт, его прочность не будет меняться очень долгое время. А вот металл... Ну что тут говорить: башни-близнецы потому и упали, что их каркас (стальные металлоконструкции) потерял прочность при не слишком высоких температурах. Дело в том, что задолго до начала плавления микроструктура металла при нагреве начинает меняться. Однородные зёрна увеличиваются в размерах, и прочность конструкции резко падает.

Зображення

Структура нанокристаллического вольфрама после недельного нагрева до 1 100 ?C:
вверху слева — без сплавления с титаном, внизу слева — после сплавления. (Фото Chookajorn et al / Science.)

Что же делать? Применять те металлы, которым это в силу особенностей их строения свойственно меньше всего. Исследователи из Массачусетского технологического института (США) под руководством Кристофера Шуха попробовали подобрать сплавы с такими компонентами, которые не давали бы границам нанокристаллов, размером около 20 нм каждый, нарушаться при нагреве до значимых температур.

Учёные испытали ряд сплавов, включая вольфрам-титановый, который оказался наиболее устойчив к высоким температурам: недельное пребывание под нагревом до 1 100 ?C никак не повлияло ни на размер нанокристаллов в его структуре, ни на прочность. Это рекордный результат: до сих пор металлические сплавы, как и чистые металлы с нанокристаллической структурой, не теряющие прочность при таком нагреве, не встречались.

Кстати, такой материал нельзя было обнаружить путём обычного метода проб и ошибок, столь, увы, распространённого в металлургии. Опробованный исследователями подход, основанный на расчёте энергетических состояний в атомах различных сплавов, в этом отношении предоставляет уникальную возможность создания других сплавов, с более дешёвыми компонентами, но также способных к сохранению полной прочности при нагреве.

Разработанный материал может найти применение в машиностроении или при создании новых видов сверхпрочной металлической брони.

Отчёт об исследовании можно найти в журнале Science.

Подготовлено по материалам MIT News.

http://science.compulenta.ru/704260/