Bu Alaşım Dünyadaki Bilinen En Sert Malzemedir ve Soğukta Daha da Sertleşir : ScienceAlert


Bir krom, kobalt ve nikel alaşımı, bize Dünya’daki bir malzemede şimdiye kadar ölçülen en yüksek kırılma tokluğunu verdi.

Olağanüstü yüksek mukavemete ve sünekliğe sahiptir, bu da bir bilim adamları ekibinin “olağanüstü hasar toleransı” olarak adlandırdığı duruma yol açar.

Ayrıca – ve mantıksız bir şekilde – malzeme soğudukça bu özellikler artar, bu da aşırı kriyojenik ortamlardaki uygulamalar için bazı ilginç potansiyeller olduğunu düşündürür.

“Yapısal malzemeleri tasarlarken, onların güçlü, aynı zamanda sünek ve kırılmaya karşı dayanıklı olmasını istersiniz.” diyor metalürji uzmanı Easo GeorgeOak Ridge Ulusal Laboratuvarı ve Tennessee Üniversitesi’nde Gelişmiş Alaşım Teorisi ve Geliştirme Valisi Başkanı.

“Genellikle, bu özellikler arasında bir uzlaşmadır. Ancak bu malzeme her ikisidir ve düşük sıcaklıklarda kırılgan hale gelmek yerine daha da sertleşir.”

Mukavemet, süneklik ve tokluk, bir malzemenin ne kadar dayanıklı olduğunu belirleyen üç özelliktir. Mukavemet, deformasyona karşı direnci tanımlar. Ve süneklik, bir malzemenin ne kadar dövülebilir olduğunu tanımlar. Bu iki özellik, genel dayanıklılığına katkıda bulunur: kırılmaya karşı direnç. Kırılma tokluğu, zaten kırılmış bir malzemede daha fazla kırılmaya karşı dirençtir.

George ve Berkeley Ulusal Laboratuvarı’ndan makine mühendisi Robert Richie ve California Üniversitesi, Berkeley’den kıdemli yazar arkadaşı, yüksek entropili alaşımlar veya HEA’lar olarak bilinen bir malzeme sınıfı üzerinde biraz zaman harcadılar. Alaşımların çoğuna bir element hakimdir ve küçük oranlarda diğer elementler karışır. HEA’lar eşit oranlarda karıştırılmış elementler içerir.

Böyle bir alaşım olan CrMnFeCoNi (krom, manganez, demir, kobalt ve nikel), 2000’den sonra yoğun bir çalışmanın konusu olmuştur. bilim adamları fark etti mukavemeti ve sünekliği, tokluktan ödün vermeden sıvı nitrojen sıcaklığında artar.

Bu alaşımın bir türevi olan CrCoNi (krom, kobalt ve nikel), daha da olağanüstü özellikler sergiledi. Böylece George, Ritchie ve ekibi parmaklarını çıtlattı ve sınırlarını zorlamaya koyuldu.

Bu Alaşım Dünyadaki Bilinen En Sert Malzemedir ve Soğukta Daha da Sertleşir : ScienceAlert
CrMnFeCoNi ve CrCoNi’nin tane ve kristal örgü yapıları. (Robert Ritchie/Berkeley Laboratuvarı)

CrMnFeCoNi ve CrCoNi ile ilgili önceki deneyler, 77 Kelvin’e (-196) kadar sıvı nitrojen sıcaklıklarında gerçekleştirilmişti.°C-321°F). Ekip bunu daha da ileriye, sıvı helyum sıcaklıklarına kadar zorladı.

Sonuçlar çarpıcının ötesindeydi.

“Bu malzemenin tokluğu, sıvı helyum sıcaklıklarına (20 Kelvin, [-253°C, -424°F]) 500 megapaskal kök metre kare kadar yüksek,” Ritchie açıklıyor.

“Aynı birimlerde, bir silikon parçasının sertliği bir, yolcu uçaklarındaki alüminyum gövde yaklaşık 35 ve en iyi çeliklerden bazılarının dayanıklılığı yaklaşık 100. Yani, 500, şaşırtıcı bir sayı.”

Nasıl çalıştığını anlamak için ekip, oda sıcaklığında ve aşırı soğukta kırıldığında CrCoNi’yi atomik seviyeye kadar incelemek için nötron kırınımı, elektron geri saçılım kırınımı ve transmisyon elektron mikroskobu kullandı.

Bu, malzemenin kırılmasını ve kırılmanın büyümesine neden olmak için gereken stresin ölçülmesini ve ardından numunelerin kristal yapısına bakılmasını içeriyordu.

Metallerdeki atomlar, üç boyutlu uzayda tekrar eden bir düzende düzenlenir. Bu model kristal kafes olarak bilinir. Kafeste tekrar eden bileşenler birim hücreler olarak bilinir.

Bazen deforme olan ve olmayan birim hücreler arasında sınırlar oluşturulur. Bu sınırlar dislokasyon olarak adlandırılır ve metale kuvvet uygulandığında hareket ederek metalin şekil değiştirmesini sağlar. Bir metal ne kadar fazla dislokasyona sahipse, o kadar yumuşaktır.

Bu Alaşım Dünyadaki Bilinen En Sert Malzemedir ve Soğukta Daha da Sertleşir : ScienceAlert
293 Kelvin (solda) ve 20 Kelvin’de (sağda) CrCoNi’deki kırıkların taramalı elektron mikroskobu görüntüleri. (Robert Ritchie/Berkeley Laboratuvarı)

Metaldeki düzensizlikler dislokasyonların hareket etmesini engelleyebilir; bir malzemeyi güçlü yapan budur. Ancak dislokasyonlar bloke edilirse, deforme olmak yerine malzeme çatlayabilir, bu nedenle yüksek mukavemet genellikle yüksek kırılganlık anlamına gelebilir. CrCoNi’de, araştırmacılar üç dislokasyon bloğundan oluşan belirli bir dizi belirlediler.

İlk meydana gelen, kristal kafesin paralel parçalarının birbirinden uzağa kayması olan kaymadır. Bu, birim hücrelerin artık kayma yönüne dik olarak eşleşmemesine neden olur.

Sürekli kuvvet üretir nano ikizleme, burada kristal kafesler bir sınırın her iki yanında aynalı bir düzenleme oluşturur. Daha fazla kuvvet uygulanırsa, bu enerji birim hücrelerin şeklini kübikten altıgen kristal kafese yeniden düzenlemeye gider.

“Çekerken birinci mekanizma çalışıyor, sonra ikinci mekanizma çalışıyor, ardından üçüncü mekanizma çalışıyor ve ardından dördüncü mekanizma çalışıyor.” Ritchie diyor.

“Şimdi, pek çok insan normal malzemelerde nanotwinning gördük, normal malzemelerde kayma gördük. Bu doğru. bu bize bu gerçekten muazzam özellikleri veriyor.”

Araştırmacılar ayrıca CrMnFeCoNi’yi sıvı helyum sıcaklıklarında test ettiler, ancak daha basit türevi kadar iyi performans göstermedi.

Bir sonraki adım, benzer özelliklere sahip diğer YEA’ları bulmanın yanı sıra, böyle bir malzemenin potansiyel uygulamalarını araştırmak olacaktır.

Araştırma yayınlandı Bilim.



Kaynak : https://www.sciencealert.com/this-alloy-is-the-toughest-known-material-on-earth-and-it-gets-tougher-in-the-cold

Yorum yapın

SMM Panel PDF Kitap indir