Ученые Южно-Уральского государственного университета работают над получением инновационного сверхлегкого и сверхпрочного типа стали – бейнита. Новый материал найдет применение в авиационной промышленности, машиностроении и оборонном производстве.
Разработки ученых опубликованы в журнале Physics of Metals and Metallography (базы данных Scopus и Web of Science). Авторами статьи являются доктор физико-математических наук, профессор Джалал Мирзаев и аспирант кафедры оптоинформатики Института естественных и точных наук ЮУрГУ Иван Булдашев.
Сверхпрочная и пластичная сталь
Сталь представляет собой сплав железа и углерода, однако в зависимости от температуры, до которой нагревается железо, возможно получение нескольких типов структур стали. Это связано с тем, что в интервале от 0 до 911°С железо кардинально меняет свои свойства. Так, существует низкотемпературная зона, при которой получают феррит, и высокотемпературная зона, при которой получают аустенит. При температуре ниже 911°С аустенит переходит в более пластичную и мягкую фазу — феррит, возникающий при медленном охлаждении. В производстве структура феррита используется для механической обработки. Однако при резком охлаждении аустенита образуется еще одна, супертвердая фаза — мартенсит.
«Мартенсит является твердой фазой стали, поскольку при быстром охлаждении углерод не успевает выделиться полностью в виде карбида и "застревает" в ее структуре. Кроме того, при таком охлаждении появляется много микроскопических дефектов — дислокаций, не представляющих опасности, но упрочняющих сталь. Мартенсит — одновременно твердая и хрупкая структура. Наша задача заключается в том, чтобы создать сталь, сохраняющую высокую твердость мартенсита и обладающую достаточной пластичностью, а, следовательно, большей прочностью», — рассказывает Джалал Мирзаев.
.jpg)
Структура бейнитной фазы Fe-Si-Mn-Cr-V стали под растровым электронным микроскопом
Новая сталь создается для нефтедобывающей промышленности
Основой сегодняшних исследований стал бейнит. Эта структура стали, похожая на мартенсит. Она получается при добавлении таких элементов, как никель, хром, марганец, кремний и др. Сохраняя предельную прочность, бейнит отличается от мартенсита более высокой пластичностью. Однако пластичность бейнита не является предельной. В настоящее время ученые ЮУрГУ занимаются получением бескарбидного бейнита, что позволит увеличить его ударную вязкость, так как частицы карбида являются концентраторами напряжений, стимулирующих разрушение. Еще одним важным аспектом является сокращение времени производства такой стали.
Важно отметить, что новая сталь станет прочнее на 15–30%. Она найдет применение как в оборонном производстве, так и в нефтедобывающей отрасли. Трубы, изготовленные из бескарбидного бейнита, будут не только обладать очень высокой ударной вязкостью, но и длительной прочностью в условиях арктического климата. В дальнейшем ученые займутся поиском оптимального состава новой стали, свойства которого зависят от того, в каких сферах производства материал будет использоваться.
СМИ о нас: