科研人員開發出新型「超強鋼」 有望提升合金的強度和韌性

據外媒報道，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，而這是一種在不同性能之間的平衡行為。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性能。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級性能的鋼。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梁電纜、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、橋梁電纜、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。

來源：cnBeta