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韧性是钢铁5倍!有史以来最坚硬的合金材料,飞机不再有金属疲劳

 有趣探索 2022-12-12 发布于安徽

如果你亲眼目睹了空难现场就知道飞机出现“金属疲劳”有多可怕了,例如2002年5月25日中华航空的611号航班在10640米高空突然解体,机上人员不幸全部遇难,是“金属疲劳”导致了这一起悲剧的发生。

“金属疲劳”让金属材料变形,甚至破裂,若是地面上的机器、物品和车辆出现“金属疲劳”那问题也不大,甚至不会带来太大的财产损失,大不了我们把疲劳部分更换掉就可以了,但飞机在飞行时出现“金属疲劳”却不行。

飞机出现“金属疲劳”暴露出航空材料的弱点,坚硬度不够,延展性和韧性不足,如何解决“金属疲劳”问题成为了一道难以解决的“航空难题”,什么时候才能够找到一种更坚硬的替代材料呢?大家都很期待。

不过现在终于找到了,研究人员找到了一种有史以来最坚硬的合金材料,其韧性是最坚硬的钢合金5倍以上,如果把这种超强的合金材料用在飞机上,即便飞机飞报废了也不会出现“金属疲劳”这个问题。

来自美国劳伦斯伯克利国家实验室(Berkeley Lab) 和橡树岭国家实验室的研究人员在研究铬、钴、镍、锰、和铁金属合金时,发现了有史以来最坚硬的合金材料,拥有极强的延展性和极高的韧性。

这种合金是从CrMnFeCoNi(铬、锰、铁、钴和镍)中衍生出来的一种新合金材料(CrCoNi),比普通的铬、钴、镍合金显示出更卓越的性能,它被称为高熵合金 (HEA) 材料,HEA有20多年历史了,一直是研究的热门领域。

普通合金材料一般只添加一种元素,但是CrCoNi添加等比例混合元素,CrCoNi合金材料表现出与普通合金材料相反的特性,普通合金材料在低温环境中变脆、硬度下降,但是CrCoNi合金材料在低温中不会变脆,反而变硬。

在-196 °C的低温环境中下,CrCoNi材料表示出极高强度和韧性,比以前更强了,研究小组还对它测试了更低的温度-253°C,果不其然,CrCoNi在强度和韧性方面达到意想不到的高度。

知道CrCoNi有多坚硬吗?在同等单位下,金属硅的韧性为1MPa·m ½,铝合金的飞机材料韧性为35MPa·m ½,最好的钢合金韧性只有100MPa·m ½,但是CrCoNi合金材料韧性达到了540MPa·m ½。

所以,CrCoNi是现在铝合金飞机材料的15倍以上,是钢合金韧性的5倍以上,如果飞机使用上CrCoNi合金材料,即便飞机开到报废的年限了,应该不会再出现“金属疲劳”这个问题,那么空灾也会相对减少,这是好事一桩。

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