普渡大学(Purdue University)测试新的处理方

电动悟空摘录 据外媒报道，普渡大学（Purdue University）测试新的处理方法，使优质钢合金同时产生优异的强度和可塑性。通常，这两个特征不能结合在一起，而是需要相互平衡。这种处理方法可以在钢的最外层产生超细金属颗粒，这些颗粒似乎在压力下拉伸、旋转，然后拉长，以研究人员无法完全解释的方式给予超塑性。

(图片来源:普渡大学)

该团队处理T-91（一种用于核石化应用的改性钢合金）。研究人员表示，该处理方法也可用于其他需要强韧性钢的地方，如轴、悬索和其他结构部件。这项研究与桑迪亚国家实验室有关（Sandia National Laboratories）合作，并获得专利。

除了形成更强、更可塑的T-91变体外，更有趣的是，观察表明超细金属颗粒“纳米层状材料”的特点是从表面延伸到约200微米深度的区域。显微图像显示，当压力越来越大时，处理过的钢(称为 G-非预期变形发生在T91或梯度T91。普渡大学材料工程学院教授Xinghang Zhang说：“这是一个复杂的过程，以前从未见过。根据定义，G-T91显示超塑性，但导致这种情况的确切机制尚不清楚。”

钢和其他金属看起来像一个整体，但当放大时，金属棒会显示为单个晶体颗粒的集合体。当金属受到压力时，晶粒会以一定的方式变形，使金属结构保持不变而不破裂，使金属能够拉伸和弯曲。相对而言，大颗粒可以承受比小颗粒更大的压力，因此大颗粒金属容易变形，而小颗粒金属相对较强。

Zhongxia Shang利用压缩应力和剪切应力将T-91样品表面的大晶粒破碎成较小的晶粒。样品横截面显示，从表面到材料中心的晶粒尺寸一直在增加，最小的超细晶粒尺寸小于100纳米，而材料中心的晶粒尺寸大于10-100倍。

G-T91样品的屈服强度约为700兆帕(拉应力单位)，可承受约10%的均匀应变。与标准T-91所能达到的综合强度和可塑性相比，有了显著的提高。Shang说：“这就是结构之美。中心柔软，能保持可塑性，而纳米层叠材料的引入，表面变得更加坚硬。若能创造出这种梯度，使大颗粒处于中心，表面为纳米颗粒，则会协同变形。大晶粒负责拉伸，小晶粒调节应力。现在，一种强度和延展性的材料可以制造出来。”

假设梯度纳米结构G-T91比标准T-91具有更好的性能。扫描电子显微镜图像在张力测试期间每隔一段时间拍摄一次，揭示了一个谜。研究人员利用桑迪亚扫描电子显微镜拍摄电子后向散射衍射图像，揭示G-T91纳米层状材料中的颗粒如何随着真实应变(一个衡量可塑性的指标)的增加间隔(从0%到120%)而变化。在这个过程的开始，颗粒是垂直的，形状像小扁豆；随着压力的增加，它似乎更接近球，然后旋转，最后水平伸长。

研究人员认为，这些图像显示了晶粒之间的界面（即晶体边界）移动，使晶粒能够拉伸和旋转，并使钢本身发生可塑性变形。该团队已获得美国国家科学基金会（National Science Foundation）研究支配晶界运动的规则，有望对梯度材料的变形行为有深入的了解，制造出“具有优良拉伸塑性的梯度纳米结构钢”。Zhang 说：“如果你能理解它们是如何移动的，也许你可以找到更好的方法来排列晶粒。”