28 de agosto de 2017.- El nuevo súper acero supera el combate de la fuerza-ductilidad. Para aplicaciones de defensa, aeroespaciales y automotrices se requieren materiales metálicos de alta resistencia.
Sin embargo, en aplicaciones estructurales de alta carga específicas, es posible que los materiales metálicos también tengan una gran ductilidad y alta tenacidad para facilitar la formación precisa de componentes estructurales y evitar el fallo catastrófico de los componentes durante el servicio.
Desafortunadamente, el aumento de la fuerza con frecuencia conduce a la disminución de la ductilidad, que se llama la resistencia-ductilidad trade-off. Por ejemplo, los materiales amorfos y las cerámicas tienen una ductilidad insignificante, aunque tengan una resistencia ultra alta y una gran dureza.
Es tecnológicamente y científicamente importante aumentar simultáneamente tanto la ductilidad como la resistencia de los materiales metálicos usando rutas convencionales de procesamiento industrial, sin embargo, sigue siendo bastante desafiante tanto en los sectores de la industria como en la comunidad de ciencia de materiales.
Recientemente, un equipo de ingeniería mecánica de Hong Kong-Beijing-Taiwán encabezado por el Dr. Huang Mingxin de la Universidad de Hong Kong (HKU) desarrolló un Super Steel, también conocido como D & P Steel, al adoptar una nueva estrategia deformada y dividida (D & P) de abordar el trade-off fuerza-ductilidad.
Su costo de material es sólo una quinta parte de la del acero empleado en las actuales aplicaciones de defensa y aeroespacial. Esta innovadora investigación ha sido publicada en la reciente edición de la prestigiosa revista académica Science.
Los aceros se consideran los materiales metálicos más utilizados en la historia de la humanidad y son capaces de producirse con mucha mayor eficiencia que cualquier otro material metálico. Así, el aspecto de desarrollar un acero ductil y fuerte de la brecha ha sido una misión larga desde el comienzo de la edad de hierro en historia de la humanidad.
Es especialmente difícil mejorar aún más la ductilidad de materiales metálicos cuando su límite de elasticidad es superior a 2 GPa. Sorprendentemente, se considera que el Super Steel, que ha sido fabricado por un equipo HK-Beijing-Taiwan dirigido por HKU y publicado recientemente en la prestigiosa revista académica Science, un intento exitoso en la comprensión del sueño anterior de alcanzar una alta ductilidad más que el límite elástico de 2 GPa.
Además de la mejora sustancial de las propiedades de tracción, este acero innovador ha logrado alcanzar la extraordinaria elasticidad de 2.2 GPa y el alargamiento uniforme del 16%. Este avance también es conocido por tener dos ventajas:
Bajo costo de materias primas
El costo de las materias primas del acero D & P es sólo el 20% del acero maraging empleado en aplicaciones de defensa y aeroespacial. La composición química de este acero innovador pertenece al sistema de acero de manganeso medio (Mn), que comprende 0,7% de vanadio (porcentaje en masa), 2% de aluminio, 0,47% de carbono, 10% de manganeso y el resto es hierro. Los elementos de aleación costosos no se han utilizado exhaustivamente, sino sólo algunas composiciones de aleación comunes que se pueden ver ampliamente en los aceros comercializados.
Procesamiento industrial simple
La segunda ventaja se refiere a la posibilidad de desarrollar acero innovador mediante el uso de vías de procesamiento industrial estándar, incluyendo recocido, laminación en frío y laminación en caliente. Esto se considera diferente del desarrollo de varios otros materiales metálicos donde los procesos de fabricación implican rutas difíciles y equipos especiales, que son difíciles de escalar. Por lo tanto, se ha anticipado que el actual acero innovador tiene un gran potencial para la producción industrial en masa.
El acero D & P demostró una resistencia a la fluencia mucho mayor, pero mantuvo una ductilidad mucho mejor (alargamiento uniforme) en comparación con los aceros automotrices ampliamente utilizados y también con el acero utilizado en defensa y aeroespacio.
El acero D & P también superó el acero nanotwinned (NT), que también fue producido por el mismo equipo de investigación HKU encabezado por el Dr. Huang Mingxin en 2015. Además, el acero D & P desarrollado estableció la mejor combinación de resistencia elástica y elongación uniforme junto con otros existentes Materiales metálicos de alta resistencia. El alargamiento uniforme del acero D & P desarrollado es principalmente mucho mayor que el de los materiales metálicos con una resistencia a la elasticidad superior a 2,0 GPa.
El desarrollo de este acero innovador se considera un ejemplo exitoso de trabajo en equipo entre jóvenes científicos de Hong Kong, Beijing y Taiwán. Esta asociación está dirigida por el grupo del Dr. Huang Mingxin del Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad de Hong Kong (HKU). El grupo del Dr. Huang Mingxin se enfoca en estudiar el mecanismo de deformación de materiales metálicos de resistencia ultra alta.
En esta investigación, el grupo de Huang inicialmente sugirió un nuevo mecanismo de deformación que la alta densidad de dislocación puede mejorar tanto la ductilidad como la fuerza simultáneamente.
Cabe señalar que una creencia común en los libros de texto es que el aumento de la densidad de dislocación aumentará su fuerza, pero lamentablemente deterioran la ductilidad. El grupo del Dr. Luo Haiwen de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Beijing se especializa en procesamiento de acero y ha lanzado con éxito la alta densidad de desplazamiento móvil en este acero innovador.
Este nuevo mecanismo de deformación fue apoyado por el grupo del Dr. Yen Hung-wei de la Universidad Nacional de Taiwán ejecutando la caracterización avanzada de la microestructura. El resultado de la investigación es una contribución colectiva de científicos jóvenes en la Universidad de Hong Kong, la Universidad de Ciencia y Tecnología de Beijing, la Universidad Nacional de Taiwan y la Universidad de la Ciudad de Hong Kong y fue publicado en la estimada revista Science el 24 de agosto de 2017 con un título de
«La alta densidad de dislocación indujo una gran ductilidad en los aceros deformados y particionados». Dr He Binbin, actualmente un post-doctoral en el grupo del Dr. Huang, es el primer autor de este documento. Los autores correspondientes son el Dr. Huang Mingxin de la Universidad de Hong Kong y el Dr. Luo Haiwen de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Beijing. La lista completa de autores es la siguiente: B.B. He, B. Hu, H.W. Yen, G.J. Cheng, Z.K. Wang, H.W. Luo, M.X. Huang.
Staff ReportAcero
