Ученые зафиксировали самую высокую ударную вязкость для металлического сплава из хрома, кобальта и никеля. Мало того что этот сплав очень ковкий, он еще и впечатляюще прочен, при этом его прочность повышается по мере остужения.
При разработке новых конструкционных материалов химики часто уделяют особое внимание двум характеристикам: пластичности и прочности. Обычно приходится искать компромисс между двумя этими характеристиками. Например, хотя железная пластина выдерживает меньшую нагрузку, чем каменная плита, металл при деформации согнется и не потеряет целостность, а камень расколется и развалится на куски.
Новый сплав, исследованный группой американских ученых, сочетает пластичность и прочность, а при охлаждении оба эти свойства только возрастают. Сплав получил название CrCoNi, по химическим символам трех входящих в него металлов: хрома, кобальта и никеля. В отличие от многих других сплавов, все три металла входят в состав CrCoNi в равных пропорциях, что, по-видимому, и придает ему его удивительные свойства.
СДЕЛАЛ САМОЕ ПРОЧНОЕ В МИРЕ ЖЕЛЕ!
Хромистую сталь изобрели еще в Персии
Добавлять хром в сталь для улучшения ее свойств догадались еще персы, а вовсе не ученые XIX века. К такому выводу пришли исследователи из Великобритании.
naked-science.ru
Ученые проверили ударную вязкость сплава (его способность поглощать механическую энергию в процессе деформации под действием ударной нагрузки) при сверхнизких температурах, обычно делающих даже лучшие виды стали поразительно хрупкими. Оказалось, что при температуре 20 кельвинов, или минус 253 градуса по Цельсию, ударная вязкость CrCoNi достигала 500 мегапаскалей на метр. Для сравнения: в тех же условиях ударная вязкость алюминиевого корпуса пассажирского самолета — около 35 мегапаскалей на метр, а некоторых лучших марок стали — всего около 100.
Впервые исследователи начали эксперименты с CrCoNi и другими сплавами еще десять лет назад. Поначалу они охлаждали их до температуры жидкого азота (около 77 кельвинов, или минус 193 градуса по Цельсию), но потом, обнаружив впечатляющую ударную вязкость сплава, продолжили охлаждение до температуры жидкого гелия. Изучая структуру сплава под микроскопом, исследователи поняли, что CrCoNi остается таким прочным благодаря изменениям в структуре кристаллической решетки, которая в конце концов меняется с кубической на гексагональную.
Композитные материалы: как человек улучшил природу
Человек от природы не обладал мощными когтями или длинными клыками, поэтому главным его оружием стал мозг. Палка удлинила руки, отесанный камень побеждал зверя. Но у Вселенной нет цели помогать чел.
naked-science.ru
К сожалению, вряд ли «суперсплав» пойдет в массовое производство: из-за большого спроса при производстве аккумуляторов существует глобальная нехватка кобальта и никеля, так что, скорее всего, CrCoNi будет использоваться только для изготовления арктического оборудования или корпусов космических кораблей. Сейчас исследователи хотят выяснить, возможно ли получение аналогичного по прочности сплава из более дешевых материалов, и предупреждают, что до реального использования CrCoNi во благо человечества еще очень далеко.
10 САМЫХ ТВЁРДЫХ ВЕЩЕСТВ НА ЗЕМЛЕ
Исследование опубликовано в журнале Science.
Источник: naked-science.ru
Ученые открыли самый прочный в мире материал
Поиск конструкционных материалов, устойчивых к разрушению при очень низких температурах, является сложной задачей, но важной для таких областей, как освоение космоса. Недавно исследователи обнаружили высокоэнтропийный металлический сплав хром-кобальт-никель, который обладает невероятно высокой вязкостью разрушения при криогенных температурах. Его использование может произвести революцию в металлургии.
Сплавы уже давно используются для придания материалам желаемых свойств. Как правило, это включает добавление относительно небольшого количества вторичных элементов к первичному элементу. Однако в последние два десятилетия реализуется новая стратегия легирования, которая предполагает объединение нескольких первичных элементов в высоких концентрациях для создания новых материалов, называемых высокоэнтропийными сплавами.
Сплавы с высокой энтропией впервые появились в 2004 году. Первоначально открытые случайно или методом проб и ошибок, они все больше интересуют ученых, особенно с целью создания уникальных материалов со специфическими характеристиками. Эти высокоэнтропийные сплавы состоят по крайней мере из пяти металлов в почти эквимолярной пропорции (обычно от 5 до 35%), т.е. равная смесь каждого составляющего элемента.
Недавно исследователи из Национальной лаборатории Лоуренса Беркли (Лаборатория Беркли) и Национальной лаборатории Ок-Ридж измерили самую высокую прочность, когда-либо зарегистрированную для материала, изучая металлический сплав, состоящий из хрома, кобальта и никеля (CrCoNi). В отличие от большинства других существующих материалов, свойства сплава улучшаются по мере его охлаждения. Их работа опубликована в журнале Science .
Инновации в высокоэнтропийных сплавах
CrCoNi является подмножеством высокоэнтропийных сплавов. Как упоминалось ранее, все используемые сегодня сплавы содержат высокую долю одного элемента с меньшим количеством дополнительных элементов, но высокоэнтропийные сплавы состоят из эквимолярной смеси.
Эти сбалансированные атомные смеси придают некоторым из этих материалов необычайно высокую прочность и пластичность при воздействии на них напряжения. Пластичность означает высокую податливость материала. Прочность материала означает, что он может противостоять постоянной деформации.
Роберт Ричи, старший научный сотрудник отдела материаловедения Лаборатории Беркли и профессор инженерных наук Чуа в Калифорнийском университете Беркли, и Исо Джордж, председатель группы по разработке перспективных сплавов в Университете Теннесси, начали экспериментировать с CrCoNi и другим сплавом, который также содержит марганец и железо (CrMnFeCoNi), почти десять лет назад.
Они создали образцы сплавов, затем опустили материалы до температуры жидкого азота (около 77 кельвинов, или -196 °C) и обнаружили впечатляющую прочность и вязкость. Они сразу же захотели продолжить свою работу с испытаниями при температуре жидкого гелия, но технология, позволяющая довести материалы до предела в экстремальных испытаниях, была недоступна до недавнего времени.
Слишком холодно, чтобы сломаться
Для измерения прочности и пластичности образец металла растягивается до разрушения, а для испытания на вязкость разрушения в образец перед растяжением намеренно вводится острая трещина, после чего измеряется напряжение, необходимое для возникновения трещины.
Используя дифракцию нейтронов, дифракцию обратного рассеяния электронов и просвечивающую электронную микроскопию, авторы исследовали структуру решетки образцов CrCoNi, которые были разрушены при комнатной температуре и при 20 кельвинах (-253 °C).
Изображения и атомные карты, полученные с помощью этих методов, показали, что прочность сплава обусловлена тройкой дислокационных барьеров, расположенных в определенном порядке, когда к материалу прикладывается сила. Во-первых, перемещение дислокаций вызывает проскальзывание участков материала относительно других участков в параллельных плоскостях. Это движение смещает слои элементарных клеток так, что их рисунок больше не соответствует направлению, перпендикулярному движению скольжения, создавая своего рода препятствие.
Дополнительная сила, действующая на металл, создает явление, называемое «nanotwinning», при котором участки решетки образуют зеркальную симметрию с границей между ними. Наконец, если силы продолжают действовать на металл, энергия, вводимая в систему, изменяет расположение элементарных ячеек, при этом атомы CrCoNi переходят от гранецентрированного кубического кристалла к другому расположению, известному как гексагональная упаковка.
Роберт Ричи объясняет в своем заявлении: «Когда вы тянете его, запускается первый механизм, потом второй, потом третий, потом четвертый. Многие скажут: ну, мы видели «nanotwinning» в обычных материалах, мы видели скольжение в обычных материалах. Это правда. В этом нет ничего нового, но именно тот факт, что все они происходят в этой волшебной последовательности, дает нам эти действительно замечательные свойства».
Сплав CrMnFeCoNi также был испытан при 20 кельвинах и показал впечатляющие характеристики (262 мегапаскаль-метр½), но не достиг такой же прочности, как более простой сплав CrCoNi (459 мегапаскаль-метр½).
Хотя создание этих материалов требует больших затрат, Джордж предвидит их применение в ситуациях, когда экстремальные условия окружающей среды могут разрушить стандартные металлические сплавы, например, в открытом космосе. Авторы также изучают возможность получения сплавов из более распространенных и дешевых элементов с аналогичными свойствами.
Источник: new-science.ru
Что является самым прочным материалом в мире?
Прочные материалы имеют широкий спектр использования.
Однокласники
Есть не только самый твёрдый металл, но и самая твердая и прочная древесина, а так же самые прочные искусственно созданные материалы.
Где используют самые прочные материалы?
Сверхпрочные материалы применяют во многих сферах жизни. Так, химики Ирландии и Америки разработали технологию, посредством которой производится прочное текстильное волокно.
Нить этого материала в диаметре – пятьдесят микрометров. Она создана из десятков миллионов нанотрубок, которые с помощью полимера скреплены между собой.
Особо прочные текстильные материалы пользуются спросом
Прочность этого электропроводящего волокна на разрыв выше прочности паутины паука-кругопряда в три раза. Полученный материал используется для изготовления сверхлегких бронежилетов и спортивного инвентаря.
Название еще одного прочного материала – ONNEX, созданного по заказу Министерства обороны США. Кроме применения его при производстве бронежилетов, новый материал можно так же использовать в системах летного контроля, сенсорах, двигателях.
Особые нано-трубки делают материалы особенно прочными
Существует разработанная учеными технология, благодаря которой прочные, твердые, прозрачные и легкие материалы получают посредством преобразования аэрогелей.
На их основе можно производить облегченные бронежилеты, броню для танков и прочные строительные материалы. Новосибирские ученые изобрели плазменный реактор нового принципа, благодаря которому можно производить нанотубулен – сверхпрочный искусственный материал.
Этот материал открыли еще двадцать лет назад. Он представляет собой массу эластичной консистенции. Она состоит из сплетений, которые невозможно увидеть невооруженным глазом. Толщина стенок данных сплетений – один атом.
Российские ученые изобрели супер-надежный материал нанотубулен
То что атомы как бы вложены друг в друга по принципу «русской матрешки», делает нанотубулен наиболее прочным материалом из всех известных.
При добавлении этого материала в бетон, металл, пластик, значительно усиливаются их прочность и электропроводность. Нанотубулен поможет сделать машины и самолеты более прочными. Если же новый материал придет в широкое производство, то очень прочными могут стать дороги, дома, техника.
Разрушить их будет очень сложно. Нанотубулен до сих пор не был внедрен в широкое производство из-за очень высокой себестоимости. Однако новосибирским ученым удалось значительно снизить себестоимость этого материала. Теперь нанотубулен можно производить не килограммами, а тоннами.
Нанотубулен пока не нашел широкого применения
Самый твердый металл
Среди всех известных металлов самым твердым является хром, однако его твердость во многом зависит от чистоты. Его свойства – коррозионностойкость, жаропрочность и тугоплавкость. Хром – металл беловато-голубого оттенка. Его твердость по Бринеллю равна 70-90 кгc/см2.
Температура плавления самого твердого металла – тысяча девятьсот семь градусов по Цельсию при плотности семь тысяч двести кг/м3.
Этот металл находится в земной коре в размере 0,02 процента, что немало. Обычно он встречается в виде хромистого железняка. Хром добывают из силикатных горных пород.
Хром считается самым прочным металлом
Этот металл используют в промышленности, выплавляя хромистую сталь, нихром и так далее. Его применяют для антикоррозийных и декоративных покрытий. Хромом очень богаты падающие на Землю каменные метеориты.
Самое прочное дерево
Есть древесина, которая превосходит по прочности чугун и может сравниться с прочностью железа. Речь идет о «Березе Шмидта». Ее так же называют Железной березой. Человек не знает более прочного дерева, чем это. Открыл ее русский ученый-ботаник по фамилии Шмидт, находясь на Дальнем Востоке.
Береза Шмидта — самое прочное дерево Древесина превышает по прочности чугун в полтора раза, прочность на изгиб примерно равна прочности железа.
Из-за таких свойств, железная береза вполне могла бы иногда заменять металл, ведь эта древесина не подвержена коррозии и гниению. Корпус судна, сделанный из Железной березы можно даже не красить, судно не разрушит коррозия, действие кислот ему тоже не страшно.
Береза Шмидта прочнее железа
Березу Шмидта невозможно пробить пулей, топором ее не срубишь. Из всех берез нашей планеты долгожителем является именно Железная береза – она живет четыреста лет.
Ее место произрастания – заповедник Кедровая Падь. Это редкий охраняемый вид, который занесен в Красную Книгу. Если бы не такая редкость, сверхпрочную древесину этого дерева можно было бы повсеместно использовать.
А вот самые высокие деревья в мире секвойи не являются очень прочным материалом. Зато, по данным uznayvse.ru, могут вырастать до 150 метров в высоту.
Самый прочный материал во вселенной
Наиболее прочным и одновременно легким материалом нашей вселенной является графен. Это углеродная пластина, толщина которой всего один атом, но она прочнее алмаза, а электропроводность в сто раз выше кремния компьютерных чипов.
Самый прочный и самый легкий материал в мире — графен
В скором времени графен покинет научные лаборатории. Все ученые мира говорят сегодня о его уникальных свойствах.
Так, несколько грамм материала будет достаточно для покрытия целого футбольного поля. Графен очень гибкий, его можно складывать, изгибать, сворачивать рулоном.
Возможные сферы его использования – солнечные батареи, сотовые телефоны, сенсорные экраны, супербыстрые компьютерные чипы.
Поделитесь этим постом с друзьями
Источник: interesno.cc