Super acero: crean un prototipo con propiedades metálicas de alto rendimiento

El profesor Huang Mingxin de la Universidad de Hong Kong muestra una pequeña pieza del super acero que combina resistencia a la fractura, resistencia y ductilidad para aplicaciones industriales avanzadas
El profesor Huang Mingxin de la Universidad de Hong Kong muestra una pequeña pieza del super acero que combina resistencia a la fractura, resistencia y ductilidad para aplicaciones industriales avanzadas
Europa Press
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13 de mayo de 2020  • 12:24

Un super acero producido usando el nuevo método D&P (Deformed and partitioned) por la Universidad de Hong Kong ha demostrado un nivel nunca antes observado de resistencia a la fractura , resistencia y ductilidad para aplicaciones industriales avanzadas .

El acero es una aleación común. Los científicos e ingenieros de materiales buscan continuamente desarrollar materiales de acero de nueva generación que sean más fáciles de extender y alargar ( ductilidad ) en diferentes formas y estructuras, mayor resistencia a la deformación ( resistencia ) y fractura ( tenacidad ), peso ligero y bajo coste de producción.

La tarea ha sido difícil. La opinión convencional es que aumentar el rendimiento de una propiedad metálica, ya sea en resistencia, ductilidad o tenacidad, socavará una o más de las otras. Por ejemplo, un aumento en la resistencia inevitablemente hará que el metal sea más frágil (conocido como el equilibrio entre resistencia y tenacidad); o menos flexible para extenderse o alargarse en diferentes formas. (equilibrio entre ductilidad y resistencia).

"En este último avance en acero super D&P , logramos una combinación de resistencia y tenacidad sin precedentes que puede abordar un desafío importante en aplicaciones industriales críticas para la seguridad: lograr una tenacidad a la fractura extremadamente alta para evitar una fractura prematura catastrófica de materiales estructurales. El avance también cambia la visión convencional de que alcanzar una alta resistencia será a expensas del deterioro de la tenacidad, lo que invariablemente conduce a la fragilidad de los materiales estructurales y limita en gran medida su aplicación", dijo en un comunicado el profesor Huang Mingxin, del Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad de Hong Kong (HKU), e investigador principal del proyecto.

Anteriormente, el equipo había aumentado significativamente el rendimiento de resistencia y ductilidad del acero D&P por lo tanto, el acero súper D&P alcanza un excelente rendimiento en las tres propiedades metálicas a un alto nivel sin precedentes que ningún material de acero había alcanzado antes.

Se han presentado varias patentes en Estados Unidos y China. El equipo se ha puesto en contacto con socios industriales para generar prototipos de cable de puente de alta resistencia , chaleco antibalas y chasis de automóvil con el super acero para realizar más pruebas y ensayos. El último avance en el acero D&P, realizado en colaboración con el equipo de investigación del profesor Robert O. Ritchie en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (LBNL) y la UC Berkeley, da como resultado que el acero tenga un límite elástico contra la deformación de alrededor de 2GPa, una tenacidad de fractura superior de 102MPam 1/2 y un buen alargamiento uniforme del 19%.

El equipo también ha realizado un importante descubrimiento científico en la estructura del acero super D&P. Esta aleación tiene una característica de fractura única en la que se forman múltiples microgrietas debajo de la superficie de fractura principal, a través de un novedoso mecanismo de endurecimiento de "multi-delaminación inducida de alta resistencia". Estas microfisuras pueden absorber eficazmente la energía de fuerzas aplicadas externamente, lo que da como resultado una resistencia a la tenacidad mucho mayor del acero en comparación con los materiales de acero existentes.

Actualmente, el acero de alta resistencia para cables de puente tiene un límite elástico inferior a 1.7 GPa, y una tenacidad a la fractura inferior a 65 MPam 1/2; El acero blindado de alta resistencia utilizado en vehículos blindados tiene una combinación similar de resistencia máxima y tenacidad. El nivel de dureza que puede alcanzar el acero D&P es, por lo tanto, mucho más alto que el de los materiales de acero existentes, al tiempo que mantiene una resistencia súper fuerte.

El alambre de piano de acero , por ejemplo, tiene una resistencia ultra alta que varía de 2.6 a 2.9 GPa para resistir la deformación y mantener el instrumento afinado, lo que se logra a expensas de la tenacidad y, a su vez, es muy frágil .

Mientras tanto, el costo de las materias primas del acero D&P es solo el 20% del acero utilizado actualmente en el sector aeroespacial (por ejemplo, Grado 300, cuya resistencia a la fluencia y tenacidad de inicio de fractura son 1.8 GPa y 70 MPam 1/2, respectivamente.

"Hemos dado un gran paso para industrializar el novedoso super acero . Demuestra un gran potencial para ser utilizado en diversas aplicaciones, incluidos chalecos antibalas superiores, cables de puente, automóviles ligeros y vehículos militares, aeroespaciales y pernos y tuercas de alta resistencia en el industria de construccion", añadió el profesor Huang.

Los hallazgos se publicaron en Science el 8 de mayo de 2020 en el documento titulado "Making Ultrastrong Steel Tough by Grain-Boundary Delamination" .

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