Wesi tungsten anyar sing dikembangake ing Schuh Group ing MIT duweni potensi bisa ngganti uranium sing wis entek ing projectiles piercing armor. Siswa pascasarjana ilmu lan teknik bahan taun kaping papat, Zachary C. Cordero nggarap bahan beracun, kekuatan dhuwur, kanthi kapadhetan dhuwur kanggo ngganti uranium sing wis entek ing aplikasi militer struktural. Uranium sing kurang bisa nyebabake bebaya kesehatan kanggo prajurit lan warga sipil. "Iki motivasi kanggo nyoba ngganti," ujare Cordero.

Tungsten normal bakal jamur utawa kethul ing impact, kinerja paling awon. Dadi tantangan kanggo ngembangake paduan sing bisa cocog karo kinerja uranium sing wis entek, sing dadi asah nalika nyukur materi lan njaga irung sing cetha ing antarmuka target penetrator. "Tungsten dhewe banget kuwat lan hard. Kita sijine ing unsur alloying liyane kanggo nggawe supaya kita bisa consolidate menyang obyek akeh iki, "ujare Cordero.

A alloy tungsten karo kromium lan wesi (W-7Cr-9Fe) ana Ngartekno kuwat saka wesi tungsten komersial, Cordero kacarita ing kertas karo penulis senior lan Kepala Departemen Ilmu lan Teknik Material Christopher A. Schuh lan kolega ing jurnal Metallurgical and Materials Transaksi A. Perbaikan kasebut digayuh kanthi nyemprotake bubuk logam ing mesin panas sintering sing dibantu lapangan, kanthi asil sing paling apik, diukur kanthi struktur gandum sing apik lan kekerasan sing paling dhuwur, digayuh ing wektu pangolahan 1 menit ing 1,200 derajat Celsius. Wektu pangolahan sing luwih suwe lan suhu sing luwih dhuwur nyebabake biji-bijian sing luwih kasar lan kinerja mekanik sing luwih lemah. Co-penulis kalebu mahasiswa pascasarjana MIT engineering lan ilmu material Mansoo Park, Oak Ridge postdoctoral fellow Emily L. Huskins, Boise State Associate Professor Megan Frary lan mahasiswa pascasarjana Steven Lives, lan Army Research Laboratory engineer mechanical lan pimpinan tim Brian E. Schuster. Tes balistik sub-skala saka paduan tungsten-kromium-wesi uga wis ditindakake.

"Yen sampeyan bisa nggawe tungsten massal nanostructured utawa amorf (alloy), mesthine kudu dadi bahan balistik sing becik," ujare Cordero. Cordero, asli saka Bridgewater, NJ, nampa Fellowship Ilmu lan Teknik Pertahanan Nasional (NDSEG) ing 2012 liwat Kantor Riset Ilmiah Angkatan Udara. Risete dibiayai dening Badan Pengurangan Ancaman Pertahanan AS.

Struktur butir ultrafine

"Cara nggawe bahanku yaiku kanthi pangolahan wêdakakêna ing ngendi pisanan kita nggawe bubuk nanocrystalline lan banjur nggabungake dadi obyek akeh. Nanging tantangane yaiku konsolidasi mbutuhake mbabarake materi menyang suhu sing luwih dhuwur, "ujare Cordero. Pemanasan paduan nganti temperatur dhuwur bisa nyebabake biji-bijian, utawa domain kristal individu, ing jero logam nggedhekake, sing bisa ngrusak. Cordero bisa nggayuh struktur gandum ultrafine kira-kira 130 nanometer ing kompak W-7Cr-9Fe, dikonfirmasi dening mikrograf elektron. "Nganggo rute pangolahan bubuk iki, kita bisa nggawe conto gedhe nganti diameter 2 sentimeter, utawa bisa luwih gedhe, kanthi kekuatan kompresi dinamis 4 GPa (gigapascal). Kasunyatan manawa kita bisa nggawe bahan kasebut nggunakake proses sing bisa diukur bisa uga luwih nyengsemake, "ujare Cordero.

"Apa sing kita coba lakoni minangka klompok yaiku nggawe barang akeh kanthi struktur nano sing apik. Alesan sing dikarepake yaiku amarga bahan kasebut duwe sifat sing menarik banget sing bisa digunakake ing akeh aplikasi, "tambah Cordero.

Ora ditemokake ing alam

Cordero uga nyinaoni kekuwatan bubuk campuran logam kanthi mikrostruktur skala nano ing kertas jurnal Acta Materialia. Cordero, karo penulis senior Schuh, nggunakake simulasi komputasi lan eksperimen laboratorium kanggo nuduhake yen paduan logam kayata tungsten lan kromium kanthi kekuatan awal sing padha cenderung homogenisasi lan ngasilake produk pungkasan sing luwih kuat, dene kombinasi logam kanthi kekuatan awal sing ora cocog. minangka tungsten lan zirconium cenderung kanggo gawé alloy ora pati roso karo luwih saka siji phase saiki.

"Proses penggilingan bola kanthi energi dhuwur minangka salah sawijining conto saka proses kulawarga sing luwih gedhe ing ngendi sampeyan ngrusak materi kanggo nggawe mikrostruktur dadi kahanan non-keseimbangan sing aneh. Ora ana kerangka kerja sing apik kanggo prédhiksi struktur mikro sing metu, mula asring nyoba lan kesalahan. Kita nyoba mbusak empirisme saka ngrancang paduan sing bakal mbentuk solusi padhet metastabil, sing minangka salah sawijining conto fase non-keseimbangan, "ujare Cordero.

"Sampeyan gawé fase non-keseimbangan iki, iku sampeyan ora bakal biasane ndeleng ing donya watara sampeyan, ing alam, nggunakake iki tenan nemen deformasi pangolahan," ngandika. Proses panggilingan bola kanthi energi dhuwur nglibatake nyukur wêdakakêna logam kanthi nyukur sing nyopir unsur-unsur paduan kanggo intermix nalika saingan, pangolahan pemulihan sing diaktifake kanthi termal ngidini paduan kasebut bali menyang kahanan keseimbangane, sing ing pirang-pirang kasus yaiku misahake fase. . "Dadi ana kompetisi iki antarane rong proses iki," Cordero nerangake. Makalah kasebut ngusulake model prasaja kanggo prédhiksi kimia ing paduan tartamtu sing bakal mbentuk solusi sing padhet lan divalidasi kanthi eksperimen. "Wêdakakêna minangka-milled sawetara saka logam paling angel sing wong wis weruh," Cordero ngandika, nyatet tes nuduhake alloy tungsten-kromium wis atose nanoindentation saka 21 GPa. Sing ndadekake wong-wong mau kira-kira kaping pindho kekerasan nanoindentation saka wesi basis wesi nanocrystalline utawa tungsten coarse-grained.

Metalurgi mbutuhake keluwesan

Ing ultrafine gandum tungsten-kromium-wesi compacts wesi kang sinau, wesi ngangkat munggah wesi saka abrasion saka baja mecah media lan vial sak dhuwur-energi werni panggilingan. "Nanging pranyata uga bisa dadi barang sing apik, amarga katon nyepetake densifikasi ing suhu sing sithik, sing nyuda wektu sing kudu sampeyan gunakake ing suhu sing dhuwur sing bisa nyebabake owah-owahan mikrostruktur. Cordero nerangake. "Sing utama yaiku fleksibel lan ngerteni kesempatan ing metalurgi."

Cordero lulus saka MIT ing 2010 kanthi gelar sarjana fisika lan makarya setaun ing Lawrence Berkeley National Lab. Ing kana, dheweke diilhami dening staf teknik sing sinau saka ahli metalurgi generasi sadurunge sing nggawe crucibles khusus kanggo nyekel plutonium kanggo Proyek Manhattan nalika Perang Dunia II. "Krungu jinis barang sing digarap dheweke nggawe aku bungah banget lan kepengin banget ngolah logam. Iku uga mung nyenengake, "ujare Cordero. Ing sub-disiplin ilmu material liyane, dheweke ujar, "Sampeyan ora bisa mbukak tungku ing suhu 1,000 C, lan ndeleng barang sing mencorong abang panas. Sampeyan ora njaluk kanggo nambani panas. Dheweke ngarepake ngrampungake PhD ing 2015.

Sanajan karyane saiki fokus ing aplikasi struktural, jinis pangolahan bubuk sing ditindakake uga digunakake kanggo nggawe bahan magnetik. "Akeh informasi lan kawruh sing bisa ditrapake kanggo perkara liyane," ujare. "Sanajan iki minangka metalurgi struktural tradisional, sampeyan bisa ngetrapake metalurgi sekolah lawas iki kanggo bahan sekolah anyar."