ابداع روشي براي استحكام فلزات بدون از بين رفتن قابليت چكش خواري آنها

به گزارش گروه علمي ايرنا از پايگاه اينترنتي فيز دات اورگ، محققان آكادمي علوم چين و دانشگاه ايالت كاروليناي شمالي آمريكا كه موفق به كشف اين روش شده اند، معتقدند كه از اين فناوري مي توان براي ساير فلزات نيز استفاده كرد و اين پيشرفت كاربردهاي بالقوه اي براي ساخت خودروهايي با انرژي كارآمدتر دارد.
'يونتيان زو' استاد علوم مواد و مهندسي در دانشگاه كاروليناي شمالي گفت: اساسا يك ماده يا محكم و يا چكش خوار است اما تقريبا هيچگاه اين دو ويژگي را همزمان ندارد. اما ما موفق شده ايم كه هر دو اين ويژگي را در يك ماده ايجاد كنيم.
وي افزود: اين پيشرفت به ما اجازه مي دهد مواد مستحكم تري را براي ساخت خودروهاي سبكتر ايجاد كنيم كه در عين حال به اندازه كافي چكش خوار هستند و از شكست فاجعه بار ماده بر اثر فشار جلوگيري مي كند.
ايده اصلي در اين دستاورد، اندازه دانه، يا اندازه كريستال ها در فلز است. فلزاتي كه دانه هاي كوچك دارند، مستحكم تر هستند، به اين معني كه چنين فلزي قبل از تغيير شكل بر اثر افزايش فشار، مي تواند مقاومت كند.
اما فلزات با اندازه دانه كوچك قابليت چكش خواري كمتري نيز دارند به اين معني كه تاب تحمل كمتري در برابر فشار دارند.
موادي كه قابل انعطاف نيستند، نمي توانند خم و يا كشيده شوند و صرفا مي شكنند. بر عكس فلزات با اندازه دانه بزرگ چكش خوارتر هستند اما استحكام كمتر دارند.
در اين فناوري جديد اندازه دانه دستكاري مي شود تا به اين فلز استحكام تيتانيوم دانه بسيار ريز و در عين حال چكش خواري تيتانيوم دانه درشت داده شود.
محققان اين كار را با استفاده از نورد نامتقارن براي پردازش يك ورقه تيتانيوم به ضخامت دو ميلي متر آغاز كردند.
در دستگاه نورد نامتقارن، صفحه از ميان دو غلتك عبور مي كند و به اين ترتيب به هر طرف اين صفحه فشار وارد مي شود اما يكي از غلتك ها سريعتر از ديگري مي چرخد.
اين كار نه تنها باعث مي شود كه صفحه بر اثر فشار نازكتر شود بلكه به دليل سرعت هاي متفاوت غلتك، يك فشار محض بر اين فلز ايجاد مي شود.
به بيان ديگر، ساختار كريستال در داخل تيتانيوم در جهتي كه غلتك سريعتر مي چرخد، نسبت به جهتي كه غلتك كندتر مي چرخد، سريعتر رو به جلو حركت مي كند. اين امر با تغيير شكل و شكستن ساختار كريستال ، دانه هاي كوچكي را در ماده ايجاد مي كند.
محققان رويه نورد نامتقارن را تا رسيدن ضخامت فلز به 0.3 ميليمتر تكرار كردند سپس اين صفحه فلز را به مدت پنج دقيقه در معرض درجه حرارت 475 درجه سلسيوس قرار دادند.
اين كار به برخي دانه هاي كوچك ، اما نه همه آنها، اجازه داد با تحليل بردن يكديگر،دانه هاي بزرگ بسازند.
اين روند دوم منجر به ايجاد ورقه اي مركب از دانه هاي بزرگ و كوچك منجر مي شود. دانه هاي بزرگ در ستون هاي باريك و طويي قرار مي گيرند، به طوري كه هر ستون توسط لايه اي از دانه هاي كوچك كاملا احاطه مي شود.
فلز ايجاد شده به محكمي تيتانيوم دانه كوچك است زيرا تغيير شكل دانه هاي بزرگ به دليل احاطه لايه هاي كوچك دشوار مي شود.
اين ماده همچنين قابليت چكش خواري دانه هاي بزرگ را حفظ مي كند زيرا زماني كه فشار كافي وارد مي شود، سرعت تغيير شكل دانه هاي كوچك و بزرگ متفاوت است.
به گفته 'ايكس.ال.و' نويسنده ارشد اين مقاله كه در موسسه مكانيك آكادمي علوم چين مستقر است، اين ماده علاوه بر ايجاد فلزي با تركيبي بي سابقه از استحكام و چكش خواري، داراي سختي كشش بيشتر از تيتانيوم دانه درشت است، خصوصيتي كه پيش از اين غير ممكن تصور مي شد.
اين مقاله در نشريه Proceedings of the National Academy of Sciences منتشر خواهد شد.
علمي**2038**2017