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骨质钢材克服金属疲劳感
2017-07-14 10:49:24 作者:本网整理 来源:北青网

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  据外媒《伊朗日报》4月5日报道,美国麻省理工材料的科学家们通过研究骨头的微型结构,模仿骨头开发出一种新钢材。即便受到反复应力,它也比传统钢材坚持更久,不会开裂,可以用来建造桥梁和摩天大楼。相关研究论文已经发表于3月份的《科学》杂志上。

 

  普通钢铁有一个弱点,就是内部容易产生微观裂缝,钢材整体有断裂倾向。例如,一座桥在日常交通高峰期时,会遭遇多部车辆循环碾压的应力,因此内部会产生不明显的裂缝,但不会被立即察觉,而是逐渐扩大,直到钢材崩坏才被发现。只要制造钢材的方式不变,这种金属疲劳会一直存在,为建筑安全带来极大隐患。

 

  相比之下,骨头则不同,有相同承重的骨头只有钢铁重量的1/4到1/5。研究表明,虽然骨头的主要成分是脆弱的矿物质,但它的内部纤维尺寸微小,且结构呈垂直排列,内部能形成较大气缸,抗裂性更强。麻省理工的冶金学家塔桑引导研究团队,模仿骨头的结构,开发出新型钢铁,能够避免金属疲劳。


  塔桑的研究结果证明,有铁素体-渗碳体珠光体钢结构和马氏体-奥氏体相变诱导弹性钢结构两种,比较接近骨头的天然结构。其中,前者能够让裂缝停止于发生层上,而后者却能通过晶体在不同稳态下的变换,吸收裂缝扩散的能量,甚至使其复原。在这两种结构中,裂缝都无法沿直线生长,随着接触面积越大,与周围材料的摩擦越大,从而无法扩张。

 

  研究人员综合两种结构的优势,采用轻薄不同、结构交错的纳米晶体来制造新钢材,其内部层状结构仅有100至300纳米宽。这种钢材只有少部分会出现结构不稳定、受压变形的情况,抗裂性比用于制造汽车外壳的钢材还好。普通汽车钢材的疲劳寿命为10至100千周,而新钢材的疲劳寿命可达10000千周。研究者指出,这种新钢材在投入使用之前需要更多测试,而由此建立起的测试原则也同样适用于其他混合成分制成的金属。

 

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