Чудо-металл из стали-304: В Китае простую нержавейку превратят в алмаз

Жидкий металл, из которого был сделан Терминатор, скоро может стать реальностью. Китайские ученые создали уникальный металл, который сочетает в себе абсолютно несочетаемые свойства — прочность, пластичность и стабильность. Над этой загадкой западные материаловеды бились десятилетиями…

Исследователи из Института изучения металлов Китайской академии наук изобрели процесс, который преобразует внутреннюю структуру металлических материалов, не меняя их внешний вид. В итоге, например, самую обычную нержавеющую сталь можно «прокачать» так, чтобы из нее делать космические корабли.

Во всем мире бьются над тем, как бы не допустить в металлических конструкциях так называемой «усталости». Это процесс постепенного накопления повреждений в металле под воздействием переменных напряжений. В местах сварных швов, креплений сначала возникают трещины, потом они распространяются, словно опухоль.

Традиционные металлические сплавы могут разрушаться или раскалываться под воздействием внезапных внешних сил, превышающих предел текучести, но они также подвержены усталости при длительном воздействии давления ниже этого порога.

Со временем это может привести к необратимой деформации из-за накопления напряжения, что приведёт к появлению микроскопических трещин, деформации конструкции и их разрушении.

Это явление, известное как циклическая ползучесть, обычно возникает в материалах, подвергающихся воздействию высоких температур или напряжений в течение длительного времени. Например, в лопастях турбин, тросах подвесных мостов и трубах ядерных реакторов.

Китайские учёные нашли способ, как преодолеть усталость металла. «Тюнинг» металла в два раза увеличивает предел его текучести и повышает устойчивость к накопленным повреждениям в 10 тысяч раз. То есть если обычная стальная деталь разрушается в среднем после 10 миллионов циклов нагрузки, а после того, как над поколдуют китайские инженеры, — уже после 100 миллиардов. Представьте теперь: шарикоподшипник в сложном агрегате нужно будет менять на каждые 2 месяца… А через сотни лет. То есть фактически стальные детали становятся бессмертными!

Китайские инженеры пишут: их открытие можно применять в подводных трубопроводах и компонентах двигателей, таких как коленчатые валы и шатуны, которые циклически подвергаются воздействию давления.

Почему же раньше никто не додумался ни до чего подобного? Потому что команда из Института исследований металлов Китайской академии наук сначала подробно изучала микрокристаллическую структуру стали. А затем моделировала, каким образом ее можно изменить. Оптимальным оказалось то, что сталь нужно было скрутить, словно полотенце. В итоге она стала более прочной и эластичной.

Внутри такой стали создана тончайшая структура из мельчайших «зерен», каждый размером намного меньше микрона. Для этого сталь многократно скручивали в специальном машине. В результате внутри металла появилась трёхмерная «антиударная стена», которая противостоит потенциальным повреждениям под воздействием внешних сил. Эти «стены» работают как пружины, поглощая удар при воздействии внешних сил.

При столкновении такие «пружины» также активируют более плотные и тонкие структуры металла, в результате чего сталь становилась тем прочнее, чем сильнее была ударная нагрузка. Исследователи также заметили, что эти вторичные реакции происходили равномерно, предотвращая локальные деформации.

В интервью государственному телеканалу CCTV руководитель исследовательской группы профессор Лу Лэй рассказала, что до и после обработки на поверхности материала не было видимых изменений. Но на самом деле внутренняя структура изменилась так же, как графит превращается в алмаз.

— Скелетная структура нового типа стали имеет диаметр всего в одну трёхсотую человеческого волоса, но она играет важную роль при перераспределении нагрузки, — рассказывает профессор Лу.

Пока что новую технологию китайские инженеры опробовали на низкоуглеродистой стали AISI 304 — это самая популярная в мире марка нержавейки, из которой делают все на свете, от ножей до опор мостов. При нанообработке, изобретенной профессором Лу, обычная нержавейка превращается в сверхпрочную сталь с градиентной структурой.

А главное, для такой «алхимии» не нужно очень дорогое оборудование, высокая температура или высокое давление. Значит, такую чудо-нержавейку можно производить массово. И недорого.