"Super Steel" เหล็กกล้าชนิดใหม่ที่ Super strong
เหล็กกล้า (Steel) มีการใช้งานอย่างแพร่หลายตั้งแต่งานก่อสร้างพื้นฐาน เครื่องมือตัดเจาะ รถยนต์ จนถึงชิ้นส่วนเครื่องบิน ด้วยคุณสมบัติที่มีความแข็งแรง (strength) ความแข็ง (hardness) ความเหนียว (ductility) ในช่วงกว้าง สามารถปรับปรุงคุณสมบัติและขึ้นรูปได้ตามต้องการ แต่โดยส่วนใหญ่เหล็กกล้าที่มีความแข็งแรงสูง จะมีความเหนียวต่ำ เปราะแตกหักง่ายหรือเกิด Fracture ง่าย ทำให้เกิดข้อจำกัดทั้งการใช้งานและการขึ้นรูปที่ยาก
แต่เมื่อไม่นานมานี้มีการพัฒนาเหล็กกล้าชนิดใหม่สำเร็จเรียกว่า "Super steel" สามารถแก้ปัญหาดังกล่าวได้ ต้านทานการแตกหักได้ดี มีน้ำหนักเบาให้คุณสมบัติ Strength - to- weight ratio ซึ่งตอบโจทย์การใช้งานทางด้านวิศวกรรมได้อย่างยอดเยี่ยม
Professor Huang Mingxin and PhD student Miss Liu Li. Credit: @The University of Hong Kong
เหล็กกล้า Super steel มีการพัฒนานำโดยศาสตราจารย์ Huang Mingxin
และทีมวิจัยจากมหาวิทยาลัยฮ่องกง (The University of Hong Kong) ซึ่งมีความแข็งแรงสูงถึง 2 GPa (ขณะที่เหล็กกล้าทำชิ้นส่วนเครื่องบินมีความแข็งแรง 1.8 GPa เหล็กกล้าใช้ทำเคเบิลขึงสะพานมีความแข็งแรง < 1.7 GPa) และมีเปอร์เซ็นต์ความยืดหยุ่นสูง 20% คุณสมบัติที่ว่ามานี้ยังไม่เคยมีการพัฒนาได้มาก่อน ซึ่งมากกว่าเหล็กกล้าที่ใช้ในอุตสาหกรรมยานยนต์และเครื่องบินในปัจจุบันตามรูปภาพความสัมพันธ์ระหว่าง %Elongation ด้านล่างนี้
เหล็กกล้า Super steel มีองค์ประกอบทางเคมีประมาณ 10%Mn-0.44%C-1.87%Al-0.67%V-Fe balance (ร้อยละโดยน้ำหนัก)
ซึ่งการมีธาตุ Mn และ V ทำให้เหล็กกล้าชนิดนี้แข็งแรงพิเศษ เมื่อนำเหล็กกล้านี้ไปผ่านกระบวนการทางความร้อนจะเกิดโครงสร้างพิเศษเฉพาะแบบขึ้น ที่ประกอบด้วยเฟสมาร์เทนไซต์แทรกด้วยเฟสออสเตไนต์สลับกันเป็นชั้น ๆ ภายในเนื้อเหล็ก ในเฟสมาร์เทนไซต์จะมี nanodislocation อยู่มากทำให้ต้านทานการเสียรูปได้ดี
ที่สำคัญสำหรับเหล็กชนิดนี้คือเมื่อเกิดการแตกหักเริ่มต้นที่ผิวหน้า รอยแตกจะโตผ่านชั้นโครงสร้างด้านล่างแต่ละชั้นเกิดการแตกระดับไมโครสเกล (micro-crack) การแตกนี้กลับเป็นประโยชน์อย่างมาก ด้วยการช่วยดูดซับพลังงานจากภายนอกที่มากระทำต่อวัสดุทำให้รอยแตกไม่แพร่กระจายเป็นบริเวณกว้าง รอยแตกจะหยุดการเดินทางในที่สุดเนื่องจากพลังงานที่มากระทำลดลงอย่างกระทันหันผ่าน micro-crack ตามขอบเกรนและชั้นต่าง ๆ เรียกปรากฏการณ์นี้ว่า delamination
นอกจากนั้น Super steel ชนิดนี้ยังราคาไม่แพงเพราะไม่ได้ใช้ธาตุที่หายากหรือผ่านกระบวนการทางโลหวิทยาที่ยุ่งยากจนเกินไป ราคาต่ำกว่าเหล็กกล้าที่ใช้ในอุปกรณ์เครื่องบิน 20%
ติดตามอ่านเพิ่มเติมได้ที่:
1. Liu, et.al., (2020). Making ultrastrong steel tough by grain-boundary delamination. Science.
2. Opportunities and challenges of super strong 2GPa steel for lightweight automobile by Dr. Mingxin Huang, The University of Hong Kong, Hong Kong
- 20
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2024 Blockdit
