新的处理方法使钢铁合金更加坚固和灵活

新的处理方法使钢铁合金更加坚固和灵活强度是衡量一种材料在失效前能承受多大的负荷，而延展性则衡量它能多容易被延伸或拉长成不同的形状。这两种特性通常是相互矛盾的，导致需要根据手头的应用来进行权衡。在金属中，这一切都归结为构成材料的微小晶粒。较大的晶粒更善于变形，以实现更好的延展性，而较小的晶粒可以处理更多的应变并提高强度。在一项新的研究中，科学家们开发了一种钢的处理方法，通过调整这些晶粒可以更好地平衡强度和延展性。研究小组对一种被称为T-91的钢合金进行了处理，产生了一种他们称之为梯度T-91（G-T91）的新材料，顾名思义，这种材料的整个晶粒大小是有梯度的。这种处理方法形成了一层薄薄的超细金属晶粒，从表面一直到材料中的大约200微米。外面的晶粒长度不到100纳米，而中间的晶粒则高达100倍。这使G-T91具有700兆帕的屈服强度--比未经处理的T-91提高了36%--以及比T-91提高50%的塑性。"这就是结构的魅力；中心是软的，所以它可以维持塑性，但通过引入纳米层，表面变得更硬，"该研究的主要作者ShangZhongxia说。"如果你创造这种梯度，中心有大颗粒，表面有纳米颗粒，它们会协同变形。大晶粒负责拉伸，小晶粒则是为了适应压力。现在你可以制造一种具有强度和延展性相结合的材料。"为了了解这一点是如何运作的，研究小组在应用应变的不同阶段拍摄了材料的扫描电子显微镜图像。通常情况下，靠近表面的超细晶粒是垂直方向的，但随着施加更多的应变，它们开始呈现出更多的球状，然后转向并水平伸展。这使得钢能够更有效地变形。但研究小组说，这些晶粒究竟是如何以及为什么移动的，仍然是一个谜。未来的工作将对此进行调查，这可能有助于发现更好的方法来安排晶粒，以制造具有不同特性的材料。该研究发表在《科学进展》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1363543.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1363543.htm

新3D打印工艺带来的新型“Designer”钛合金可由废料制成

新3D打印工艺带来的新型“Designer”钛合金可由废料制成由澳大利亚皇家墨尔本理工大学领导的一个研究小组与悉尼大学、香港理工大学和墨尔本的HexagonManufacturingintelligence合作，他们已经开发出一种根本不同的方法来制造与钛/钒一样坚固和实用的新型钛合金/铝合金，但使用廉价、丰富的氧和铁代替更昂贵的金属。这与标准钛合金制造大相径庭。该团队表示，氧气对于钛的α相来说是一种很好的稳定剂和强化剂，但它也会使其变脆和开裂——因此它被称为钛的“氪石”。工业钛合金的经验设计规则将氧含量限制在0.12%到0.72%之间，具体取决于制造的合金，而铝通常用于此目的。同样，铁不仅价格低廉而且储量丰富，而且还是稳定β相钛的第二轻候选物。但它往往会导致β-钛以大斑点的形式聚集在一起，大小可达厘米，从而导致最终金属出现结构缺陷。所以它也受到严格控制，在大多数工业合金制造中保持在2%以下。但该团队发现，通过将合金混合作为称为激光金属粉末定向能量沉积的3D打印工艺的一部分，能够消除这些缺点，这使他们能够在铺设材料时仔细注意材料的微观结构。来自新型3D打印合金的alpha-beta相间界面的原子级微观结构，几乎所有的氧都在α相晶体中，几乎所有的铁都在β相晶体中他们使用氧和铁作为稳定剂制造并印刷了一系列合金，并以多种方式对其进行了测试，发现它们能够与商用钛合金的强度和延展性相媲美。通过3D打印，这些新合金可以精确地制成所需的形状——但金属的特性也可以根据您的制造进行定制——因此获得了“Designer”钛合金的绰号。“这项研究提供了一种新的钛合金系统，该系统具有广泛且可调的机械性能、高可制造性、巨大的减排潜力以及对同类系统材料设计的见解，”联合首席研究员和悉尼大学副教授说-校长西蒙林格教授在新闻稿中。“关键的推动因素是氧和铁原子在α-钛和β-钛相内部和之间的独特分布，”他解释说。“我们在α-钛相中设计了纳米级的氧梯度，具有高-坚固的氧链段和延展性的低氧链段使我们能够控制局部原子键合，从而减轻脆化的可能性。”氧脆性不仅是钛的问题——它也是阻止钛用于锆、铌、钼和其他金属的关键因素。研究人员认为，对于这些其他金属，同样的过程可能是可行的，但还需要进一步的研究。除了限制昂贵金属的使用外，这项技术还可以通过使用目前被认为是低品位的回收工业废料和材料来降低钛合金的成本。主要作者、皇家墨尔本理工大学副校长研究员宋婷婷博士表示，该团队“正处于一段重要旅程的开始，从这里证明我们的新概念，到工业应用。有理由感到兴奋——3D打印提供了一种完全不同的制造新型合金的方法，并且与传统方法相比具有明显的优势。工业界有可能利用我们的方法再利用废海绵钛-氧-铁合金、‘不合格’的回收高氧钛粉或由高氧废钛制成的钛粉。”这项研究在《自然》杂志上是开放获取的。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1362871.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1362871.htm

研究人员开发新型钛合金 在所有3D打印金属中具有最高的比强度

研究人员开发新型钛合金在所有3D打印金属中具有最高的比强度蒙纳士大学的工程师们开发了一种新的可3D打印的钛合金，其独特的微观结构使其具有超强的强度。它不仅比大多数其他形式的钛强，而且在任何3D打印的金属中具有最高的比强度。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1318329.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1318329.htm

简单的合金拿下“有史以来最坚硬的材料”桂冠

简单的合金拿下“有史以来最坚硬的材料”桂冠这种合金含有铬、钴和镍（CrCoNi），它属于一类被称为高熵合金（HEA）的金属。大多数合金是由一种主要的元素和少量的其他元素组成的，但是HEAs包含每种元素的数量相等。这可以赋予它们一些令人印象深刻的特性，例如高强度重量比，随温度上升的弹性模量，或超强度和延展性。在以前的工作中，研究人员发现CrCoNi在-196°C（-321°F）左右的低温下显示出高强度和韧性。在新的研究中，研究小组调查了它在更低的温度-253°C（-424°F）下是否可以保持，在这个温度下，氦作为一种液体存在。果然，它的韧性在防止裂缝扩展方面达到了新的高度。这项研究的联合首席研究员罗伯特-里奇说："这种材料在接近液态氦温度时的韧性高达500兆帕斯卡的平方根米。"在相同的单位中，一块硅的韧性是1，航空客机的铝制机身大约是35，而一些最好的钢的韧性大约是100。因此，500是一个极为惊人的数字。"铬钴镍合金晶体结构的显微镜图像，以及对含有锰和铁的变化的测试（CrMnFeCoNi）RobertRitchie/Berkeley通常情况下，材料在较低的温度下会变得更脆，因此研究小组调查了铬钴镍如何能够保持得如此好。他们使用几种类型的显微镜来探测受力合金的晶格结构。结果发现，铬钴镍通过一系列以特定顺序发生的原子相互作用获得其冷韧性。晶体中的缺陷被施加的力所取代，直到它们产生障碍，以增加对该力的阻力。该过程的最后一步是将晶体结构从立方体转换为六方体。研究小组说，这种材料在面对难以置信的低温时的韧性可以使它对在深空等极端环境中工作的物体很有用。该研究发表在《科学》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1334807.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1334807.htm

钢合金的新处理方法带来了卓越的强度和塑性

钢合金的新处理方法带来了卓越的强度和塑性通过对T-91钢合金进行新的处理，产生了一种强度更高、韧性更强的钢合金，这种钢合金被称为G-T91，其超细金属晶粒显示出超塑性。普渡大学和桑迪亚国家实验室的这一发现可能会彻底改变汽车车轴和悬挂电缆等应用，但其确切机制仍是一个谜。研究人员对T-91进行了处理，T-91是一种改良合金钢，主要用于核工业和石化工业，但研究人员表示，这种处理方法也可用于其他需要高强度、韧性钢材的地方，如汽车车轴、悬挂电缆和其他结构部件。这项研究是与桑迪亚国家实验室（SandiaNationalLaboratories）合作进行的，已申请了专利，于5月31日发表在本周三的《科学进展》（ScienceAdvances）上。与T-91强度更高、可塑性更强的直接结果相比，更引人关注的是桑迪亚实验室的观察结果，这些观察结果显示了研究小组所称的"纳米层"的特征，即在从表面延伸到约200微米深度的区域内，处理过程中产生的超细金属颗粒。普渡大学材料工程学院教授、论文第一作者张星航（XinghangZhang）说，显微镜图像显示，经过处理的钢材（被称为G-T91（或梯度T91））在承受越来越大的应力时会发生意想不到的变形。"这是一个复杂的过程，研究界以前从未见过这种现象，"张说。"顾名思义，G-T91表现出超塑性，但实现这一现象的确切机制尚不清楚。"钢等金属在肉眼看来可能是整体的，但如果将其放大，就会发现金属棒是由称为晶粒的单个晶体组成的。当金属受到应变时，晶粒能够发生变形，从而保持金属结构不破裂，使金属能够伸展和弯曲。较大的晶粒比较小的晶粒能容纳更大的应变，这是在大晶粒易变形金属和小晶粒坚固金属之间进行固定权衡的基础。在《科学进展》（ScienceAdvances）这篇论文中，第一作者ShangZhongxia（曾是张颖实验室的研究生）利用压应力和剪切应力将T-91样品表面的大晶粒破碎成小晶粒。样品的横截面显示，晶粒尺寸从表面开始增大，最小的超细晶粒尺寸不到100纳米，而在材料中心，晶粒尺寸要大10到100倍。改良后的G-T91样品的屈服强度约为700兆帕斯卡（拉应力单位），可承受约10%的均匀应变，比标准T-91的综合强度和塑性有了显著提高。现任普渡大学伯克纳米技术中心（BirckNanotechnologyCenter）研究员的Shang说："这就是这种结构的美妙之处，它的中心是软的，因此可以维持塑性，但通过引入纳米层压板，表面变得更硬了。如果创造出这种梯度，大颗粒在中心，纳米颗粒在表面，它们就会协同变形。大晶粒负责拉伸，小晶粒负责承受应力，如此可以制造出一种兼具强度和延展性的材料"。虽然研究小组曾假设梯度纳米结构G-T91的性能会优于标准T-91，但在拉伸测试过程中每隔一段时间拍摄的扫描电子显微镜图像却揭示了一个谜。桑迪亚公司在扫描电子显微镜下拍摄的电子反向散射衍射图像显示了G-T91纳米层状结构中的晶粒是如何在真实应变（一种塑性测量指标）从0%到120%不断增加的过程中发生变化的。在这一过程的开始阶段，晶粒是垂直的，研究小组将其描述为透镜状。但随着应变的增加，它们似乎拉伸成更球状的形状，然后旋转，最后水平拉长。这些图像显示了晶粒之间的界面（称为晶界）在移动，从而使晶粒得以伸展和旋转，并使钢材本身发生塑性变形。研究小组已经获得了美国国家科学基金会的资助，以研究晶界运动的规律，从而了解梯度材料的奇妙变形行为。"如果我们知道它们是如何运动以及为什么运动，也许我们就能找到更好的方法来排列晶粒。张说："我们还不知道如何做到这一点，但这开启了非常有趣的潜力。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1378481.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1378481.htm

量子突破为生产"坚不可摧"的金属铺平道路

量子突破为生产"坚不可摧"的金属铺平道路来自艾姆斯国家实验室和德克萨斯农工大学的科学家团队开发出了一种预测金属延展性的新方法。这种基于量子力学的方法满足了对廉价、高效、高通量的延展性预测方法的需求。研究小组在难熔多元素合金上演示了这种方法的有效性。这些材料在高温条件下的应用备受关注，但它们往往缺乏必要的延展性，无法应用于航空航天、核聚变反应堆和陆基涡轮机等领域。研究小组发现，较高（增加）的电荷活性是体心立方金属延展性提高的原因。黄色区域代表间隙（原子之间的区域）中较高的电子电荷，对应于电荷活性的增加，从而导致较高的延展性。浅蓝色区域是电荷活性较弱的间隙。在这张图片中，每个原子都用不同的颜色表示，如上文所述的钽（Ta）、钼（Mo）和钨（W）。蓝色、粉色和红色等值线表示每个原子周围的电荷分布。资料来源：美国能源部埃姆斯国家实验室预测金属延展性的挑战延展性描述的是一种材料在不开裂或断裂的情况下承受物理应变的能力。据艾姆斯实验室科学家、理论设计工作负责人普拉尚-辛格（PrashantSingh）介绍，目前还没有预测金属延展性的可靠方法。此外，试错实验既昂贵又耗时，尤其是在极端条件下。原子建模的典型方法是使用对称的刚性球体。然而，辛格解释说，在实际材料中，原子大小不一，形状各异。当混合具有不同大小原子的元素时，原子会不断调整以适应固定的空间。这种行为会造成局部原子变形。量子力学增强了延展性预测能力新的分析方法结合了局部原子畸变来确定材料是脆性还是延展性。它还扩展了当前方法的功能。"它们（当前方法）在区分微小成分变化的韧性和脆性系统方面效率不高。但新方法可以捕捉到这种非微小的细节，因为现在我们在方法中添加了量子力学特征，而这正是我们所缺少的，"辛格说。这种新型高通量测试方法的另一个优点是效率高。辛格解释说，它可以快速测试数千种材料。这种速度和能力使得预测哪些材料组合值得进行实验成为可能。这就最大限度地减少了通过实验方法发现这些材料所需的时间和资源。高温应用的验证和影响为了确定他们的延展性测试效果如何，艾姆斯实验室科学家欧阳高远领导了团队的实验工作。他们对一组预测的难熔多主元素合金（RMPEAs）进行了验证测试。RMPEAs是一种有可能用于高温环境的材料，例如航空航天推进系统、核反应堆、涡轮机和其他能源应用。通过验证测试，研究小组发现："预测的韧性金属在高应力下发生了显著变形，而脆性金属则在类似载荷下开裂，这证实了新量子力学方法的稳健性。"编译自:ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1425559.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1425559.htm