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Aug 16, 2023

優れた強度と可塑性

By Purdue University 2023 年 8 月 21 日 T-91 鋼合金の新しい処理により、超微細な金属粒子が超塑性を示す、G-T91 と呼ばれるより強力で延性の高いバージョンが誕生しました。 これ

パデュー大学より2023年8月21日

T-91 鋼合金の新しい処理により、超微細な金属粒子が超塑性を示す、G-T91 と呼ばれるより強力で延性の高いバージョンが誕生しました。 パデュー大学とサンディア国立研究所によるこの発見は、車の車軸やサスペンションケーブルなどの用途に革命をもたらす可能性がありますが、正確なメカニズムは謎のままです。

A new treatment tested on a high-quality steel alloyA mixture of two metallic elements typically used to give greater strength or higher resistance to corrosion." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">合金は顕著な強度と柔軟性をもたらしますが、これらの性質は組み合わせではなくトレードオフとして見られることがよくあります。 鋼の最外層に生成された処理により超微細な金属粒子が伸張、回転し、さらに歪みが加わると伸びるように見え、パデュー大学の研究者が完全には説明できない超塑性をもたらします。

The researchers treated T-91, a modified steel alloy that is used in nuclear and petrochemical applications, but said the treatment could be used in other places where strong, ductile steel would be beneficial, such as cars axles, suspension cables and other structural components. The research, which was conducted in collaboration with Sandia National Laboratories and has been patented, appeared Wednesday, May 31 in Science Advances<em>Science Advances</em> is a peer-reviewed, open-access scientific journal that is published by the American Association for the Advancement of Science (AAAS). It was launched in 2015 and covers a wide range of topics in the natural sciences, including biology, chemistry, earth and environmental sciences, materials science, and physics." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">科学は進歩します。

T-91のより強力で可塑性の高い変異体の直接の結果よりもさらに興味深いのは、チームが超微細金属粒子の「ナノラミネート」と呼んでいるものの特徴を示すサンディアでの観察であり、この処理により、大気圏から広がる領域に作成されたものである。表面から約200ミクロンの深さまで。 顕微鏡画像には、G-T91 (または勾配 T91) と呼ばれる処理鋼材が応力の増加にさらされる際に予期せぬ変形が見られることが、筆頭著者でパデュー大学材料工学部教授の Xinghang Zhang 氏は述べています。

「これは複雑なプロセスであり、研究コミュニティはこれまでこの現象を見たことがありませんでした」とZhang氏は述べた。 「定義上、G-T91 は超可塑性を示していますが、これを可能にする正確なメカニズムは不明です。」

鋼のような金属は肉眼では一枚岩のように見えますが、大きく拡大すると、金属棒は粒子と呼ばれる個々の結晶の集合体であることがわかります。 金属が歪みを受けると、金属構造が破壊されることなく維持されるように粒子が変形し、金属が伸びたり曲がったりすることが可能になります。 大きな粒子は小さな粒子よりも大きなひずみに対応でき、これが大きな粒子の変形可能な金属と小さな粒子の強力な金属との間の一定のトレードオフの基礎となります。

Science Advances の論文では、主著者で張氏の研究室の元大学院生である Zhongxia Shang 氏は、圧縮応力とせん断応力を使用して、T-91 サンプルの表面にある大きな粒子を小さな粒子に破壊しました。 サンプルの断面を見ると、最小の超微細粒子のサイズが 100 ナノメートル未満である表面から、粒子が 10 ～ 100 倍大きくなる材料の中心に向かって粒子サイズが増加していることがわかります。

改良された G-T91 サンプルは、引張応力の単位である約 700 メガパスカルの降伏強度を有し、約 10% の均一なひずみに耐えました。これは、標準的な T-91 で達成できる強度と可塑性の組み合わせを大幅に改善したものです。