Самовосстановление треснувшего металла

9 октября 2013 года в результате исследований были получены неожиданные результаты: треснувший металл при растяжении способен восстановить свою целостность. Такие результаты были настолько поразительны, что первоначально исследователи MIT посчитали их ошибкой. Они выяснили, что при определённых условиях растяжение треснувшего металла вызывает не разрыв, а “сплавление” треснувшего участка. Это удивительное открытие может привести к созданию самовосстанавливающихся материалов, которые ликвидируют повреждение на начальной стадии – до того, как оно распространится. Результаты исследований опубликовали в статье в журнале Physical Review Letters аспирант Гуокванг Ксу и профессор материаловедения и инженерно-технических работ Майкл Демкович. Учёные, проверив все ещё раз, убедились в том, что трещина действительно уменьшалась. Возник вопрос: почему это происходит?

Самовосстановление треснувшего металла - никеляПричина заключалась во взаимодействии границ зёрен металла с трещинами в его кристаллической микроструктуре. Учёные проводили исследования на никеле, который лежит в основе сверхпрочных сплавов, применяемых в экстремальных условиях, таких, как на глубинных нефтяных скважинах. Создав компьютерную модель микроструктуры, и изучив её реакцию в разных условиях, Демкович пришёл к выводу, что существует механизм, способный закрыть трещины под любым приложенным давлением.

Большинство металлов состоят из мельчайших кристаллов, размеры и ориентация которых влияют на силу и другие характеристики. Однако Демкович и Ксу обнаружили, что при определённых условиях стресс вызывает изменения в микроструктуре и запускает процесс миграции границ зёрен, что приводит к заживлению трещины. Сама идея о возможности движения границ кристаллических зёрен в твёрдом металле активно изучалась на протяжении последнего десятилетия. Самовосстановление возможно только в кристаллах с дефектом – дисклинацией. О дисклинации впервые узнали около ста лет назад, но до сих пор не относились к ней серьёзно. Поэтому, когда Демкович и Ксу обнаружили свойство самовосстановления, им потребовалось время, чтобы убедиться в том, что то, что они видят, действительно связано с таким отклонением. Эти дефекты обладают интенсивными полями механических напряжений, в которых внешнее воздействие может быть направлено даже в сторону, противоположную приложенному усилию. Другими словами, попытка разрыва трещины приводит к её исчезновению.

Открыв этот механизм, исследователи планируют исследовать, как создавать сплавы металлов со способностью к восстановлению трещин при воздействии на них определённой нагрузки. Сейчас уже разработаны методы по управлению микроструктурой металлов. Осталось лишь выяснить, как применить эту идею на практике. Это новое, только открытое поле. Поэтому здесь ещё много работы. Такой метод можно применить и к другим механизмам разрушения металлов, например – пластической деформации. Создавая металлы с микроструктурой, содержащей дисклинации, можно продлить срок эксплуатации сплава. Износ материала представляет проблему во многих отраслях, включая авиацию, добычу нефти и так далее. Наиболее распространённая причина износа металла – нанотрещины, накапливающиеся со временем. По словам Демковича, возможность предотвращать появление нанотрещин или заращивать их, существенно увеличит срок службы и безопасность компонентов. Исследования финансировались BP-MIT Materials and Corrosion Center.

Материалы по теме:

Техника правки металла
Как выполнять работы по правке металлических листов, заготовок своими ...
Способы металлообработки
Металлообработка – технологический процесс, который отличается определ...
Станки для обработки арматуры: виды и характеристики
Работа на строительной площадке похожа на сложный механизм, где десятк...
Воронение металла в домашних условиях
Как выполнить воронение металла в домашних условиях. Основные правила ...
Нержавеющая сталь (лист, круг)
Продажа листов и круга высокого качества из нержавеющей стали (нержаве...

Оставить комментарий