Ученые создали металл который не становится хрупким при минус 253 градусах
Два экспериментальных сплава на основе ниобия и титана не стали хрупкими даже при температуре минус 253 градуса. Ученые выяснили, какой внутренний механизм помогает металлу сохранять способность деформироваться и не разрушаться в экстремальном холоде.
Источник: Новости науки
МОСКВА, 15 октября /Новости науки/. Два экспериментальных сплава на основе ниобия и титана сохранили устойчивость к разрушению даже при температуре минус 253 градуса Цельсия. Ученые выяснили, какой внутренний механизм позволяет металлу не становиться хрупким при таком охлаждении. Об этом говорится в статье, опубликованной в журнале Nature.
При сильном охлаждении многие металлы становятся прочнее, но одновременно теряют способность деформироваться и начинают легче разрушаться при появлении трещин. Особенно это характерно для металлов с так называемой объемно-центрированной кубической структурой — определенным расположением атомов в кристалле.
Исследователи изучили два сплава на основе ниобия и титана, которые относятся к этому типу материалов. Образцы охлаждали газообразным гелием примерно до минус 253 градусов и одновременно растягивали, измеряя, какую нагрузку они выдерживают и насколько могут деформироваться перед разрушением.
Оказалось, что даже при самой низкой температуре испытаний сплавы не продемонстрировали перехода к хрупкому состоянию. Металл продолжал деформироваться вокруг возникающих трещин вместо того, чтобы быстро разрушаться.
Ученые выяснили, что при экстремальном охлаждении в материале меняется сам механизм деформации. Обычно она обеспечивается движением дефектов внутри кристаллической решетки. При низкой температуре такое движение сильно затрудняется, из-за чего металл становится более склонным к разрушению.
В исследованных сплавах включался другой механизм. Небольшие участки кристалла перестраивались таким образом, что становились зеркальным отражением соседних областей. Одновременно происходило локальное изменение структуры металла.
Когда эти новые области достигали границ между соседними кристаллами, в материале возникали новые дефекты, благодаря которым он снова мог деформироваться и снимать напряжение возле трещины. В результате разрушение не происходило даже при экстремально низкой температуре.
Для изучения изменений ученые использовали нейтронное излучение, электронные микроскопы, анализ распределения отдельных химических элементов и компьютерное моделирование.
При сильном охлаждении многие металлы становятся прочнее, но одновременно теряют способность деформироваться и начинают легче разрушаться при появлении трещин. Особенно это характерно для металлов с так называемой объемно-центрированной кубической структурой — определенным расположением атомов в кристалле.
Исследователи изучили два сплава на основе ниобия и титана, которые относятся к этому типу материалов. Образцы охлаждали газообразным гелием примерно до минус 253 градусов и одновременно растягивали, измеряя, какую нагрузку они выдерживают и насколько могут деформироваться перед разрушением.
Оказалось, что даже при самой низкой температуре испытаний сплавы не продемонстрировали перехода к хрупкому состоянию. Металл продолжал деформироваться вокруг возникающих трещин вместо того, чтобы быстро разрушаться.
Ученые выяснили, что при экстремальном охлаждении в материале меняется сам механизм деформации. Обычно она обеспечивается движением дефектов внутри кристаллической решетки. При низкой температуре такое движение сильно затрудняется, из-за чего металл становится более склонным к разрушению.
В исследованных сплавах включался другой механизм. Небольшие участки кристалла перестраивались таким образом, что становились зеркальным отражением соседних областей. Одновременно происходило локальное изменение структуры металла.
Когда эти новые области достигали границ между соседними кристаллами, в материале возникали новые дефекты, благодаря которым он снова мог деформироваться и снимать напряжение возле трещины. В результате разрушение не происходило даже при экстремально низкой температуре.
Для изучения изменений ученые использовали нейтронное излучение, электронные микроскопы, анализ распределения отдельных химических элементов и компьютерное моделирование.
