Инженеры нашли способ бороться с усталостью металла

10.03.2017, 03:10 Наука

Международная команда исследователей нашла способ значительно уменьшить последствия усталости металла, путем включения в него ламинированных наноструктур. Многоуровневое структурирование придает стали упругие свойства кости, позволяя металлу деформироваться, не допуская распространения микротрещин, которые приводят к усталостному разрушению.

Группа ученых Массачусетского технологического института работала в сотрудничестве с немецкими и японскими экспертами под руководством Cem Tasan. Tasan говорит: «Нагрузка на структурные компоненты, как правило, циклическая. Например, самолет проходит через неоднократные изменения во время каждого полета, а компоненты многих устройств многократно расширяются и сжимаются из-за циклов нагрева и охлаждения. Такие процессы могут привести к образованию микротрещин, которые при многократных циклах стресса распространяются дальше и шире, в конечном счете, создавая достаточно слабые участки, из-за которых компонент может сломаться неожиданно».

Tasan и его коллеги были вдохновлены тем, как природа решает такую же проблему, делая кости легкими, но очень устойчивы к распространению трещин. Одним из главных факторов сопротивления перелому кости является ее иерархическая механическая структура. Инженеры разработали вид стали, который имеет три основные характеристики, способные ограничить распространение трещин. Кроме того, многоуровневая структура останавливает трещины от распространения за пределы слоев, так как материал имеет микроструктурные фазы с разной степенью жесткости, которые дополняют друг друга.

Ко всему прочему, новый материал имеет метастабильный состав, где крошечные участки сбалансированы между различными устойчивыми состояниями, некоторые из которых более гибкие, чем другие, а их фазовые переходы помогают поглотить энергию распространяющихся трещин. Изобретатели говорят, что есть несколько применений, где материал будет иметь существенное преимущество.