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Proyecto de la Universidad de Hong Kong logra gran avance en la creación del Súper Acero

El proyecto Super Steel dirigido por el profesor Huang Mingxin en el Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad de Hong Kong (HKU), con colaboradores en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (LBNL), ha logrado un avance importante en su nuevo Super Acero D&P (producido usando un nuevo método deformado y particionado) para mejorar en gran medida su resistencia a la fractura mientras mantiene una resistencia súper fuerte para aplicaciones industriales avanzadas.

Los hallazgos se publicaron en la revista Science el pasado 8 de mayo de 2020 en un documento titulado “Hacer que el acero ultrafuerte sea resistente por delaminación de límite de grano”.

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 bajos costos 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 la investigación sobre el Super Acero 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 el profesor Huang.

Anteriormente, el equipo había aumentado significativamente el rendimiento de resistencia a la ductilidad del acero D&P, por lo tanto, el Super Acero 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, Europa y China. El equipo se ha puesto en contacto con socios industriales para generar prototipos de cable de puente de alta resistencia, chalecos antibalas y resortes de automóvil con el Súper 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 UC Berkeley, da como resultado que el acero logró tener un límite elástico contra la deformación de ~ 2GPa, una tenacidad de fractura superior de 102MPažm½, y un buen alargamiento uniforme del 19%.

El equipo también ha realizado un importante descubrimiento científico en la estructura del Súper Acero D&P. Este cuenta con una característica de fractura única en la que se forman múltiples microgrietas debajo de la superficie principal de la fractura, a través de un novedoso mecanismo de endurecimiento de “resistencia múltiple inducida por alta resistencia”. Estas microfisuras pueden absorber eficazmente la energía de las fuerzas aplicadas externamente, lo que da como resultado una resistencia a la tenacidad mucho mayor 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 MPažm½; El acero blindado de alta resistencia utilizado en automóviles blindados tiene una combinación similar de resistencia máxima – 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.

Mientras tanto, el costo de las materias primas del acero D&P es solo el 20% del acero martensítico utilizado actualmente en el sector aeroespacial (por ejemplo, serie 300, cuya resistencia a la fluencia y tenacidad de inicio de fractura son 1.8 GPa y 70 MPaž m½, respectivamente).

“El acero D&P tiene otras ventajas, como el procesamiento industrial simple y el bajo costo de las materias primas. Se puede producir mediante procesos convencionales de laminado y recocido, por lo que no se requieren rutas de fabricación complejas ni equipos especiales ”, dijo la señorita Li LIU, la primera autora del artículo de la revista y estudiante de doctorado supervisada por el profesor Huang.

“Hemos dado un gran paso para industrializar el novedoso súper acero. Demuestra un gran potencial para ser utilizado en diversas aplicaciones, incluidos chalecos antibalas , cables para puentes, vehículos ligeros y militares, naves aeroespaciales y pernos y tuercas de alta resistencia en la industria de la construcción “. Añadió el profesor Huang.

Info: The University of Hong Kong

Foto: La Nación

About author

Máster en Administración y Negocios de Industrias Creativas y Culturales de Queen Mary University of London y con un pregrado en Comunicación y periodismo con énfasis audiovisual de la Pontificia Universidad Javeriana de Bogotá. Actual Jefe de Comunicaciones de Camacero.
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