MITdagi Schuh guruhida ishlab chiqilayotgan yangi volfram qotishmalari zirhli teshuvchi snaryadlardagi kamaygan uranni almashtirishi mumkin. To'rtinchi kurs materialshunoslik va muhandislik aspiranti Zachary C. Cordero harbiy tuzilmalarda tugatilgan uranni almashtirish uchun past zaharli, yuqori quvvatli va yuqori zichlikli material ustida ishlamoqda. Tuzilgan uran askarlar va tinch aholi salomatligi uchun potentsial xavf tug'diradi. "Bu uni almashtirishga urinish uchun motivatsiya", deydi Kordero.

Oddiy volfram zarba paytida qo'ziqorin yoki to'mtoq bo'lib qoladi, bu mumkin bo'lgan eng yomon ishlash. Shunday qilib, muammo tugaydigan uranning ishlashiga mos keladigan qotishma ishlab chiqishdan iborat bo'lib, u materialni kesishda o'z-o'zidan o'tkirlashadi va penetrator-nishon interfeysida o'tkir burunni saqlaydi. “Volfram o'z-o'zidan juda kuchli va qattiqdir. Biz uni ushbu ommaviy ob'ektga birlashtira olishimiz uchun boshqa qotishma elementlarni qo'shdik ", deydi Kordero.

Xrom va temir (W-7Cr-9Fe) bilan volfram qotishmasi tijorat volfram qotishmalaridan sezilarli darajada kuchliroq edi, Kordero katta muallif va Materialshunoslik va muhandislik bo'limi rahbari Kristofer A. Shuh va uning hamkasblari bilan "Metallurgical and Materials" jurnalida chop etilgan maqolada xabar berdi. Tranzaktsiyalar A. Yaxshilanishga metall kukunlarini dala yordamida sinterlash issiq pressida siqish orqali erishildi. nozik don tuzilishi va eng yuqori qattiqlik bilan o'lchanadigan eng yaxshi natija 1200 daraja Selsiyda 1 daqiqalik ishlov berish vaqtida erishiladi. Uzoqroq ishlov berish vaqtlari va yuqori haroratlar qo'pol donalar va zaif mexanik ko'rsatkichlarga olib keldi. Hammualliflar qatoriga MIT muhandisligi va materialshunoslik fakulteti aspiranti Mansu Park, Oak Ridjdagi doktorant Emili L. Xaskins, Boise shtati dotsenti Megan Frari va aspirant Stiven Livers, Armiya tadqiqot laboratoriyasining mexanik muhandisi va guruh rahbari Brayan E. Shuster kiradi. Volfram-xrom-temir qotishmasining kichik ballistik sinovlari ham o'tkazildi.

"Agar siz nanostrukturali yoki amorf bulk volfram (qotishma) yasasangiz, u haqiqatan ham ideal ballistik material bo'lishi kerak", deydi Kordero. Kordero, Nyu-Jersi, Bridyuoter shahrida tug'ilgan, 2012-yilda Harbiy havo kuchlari ilmiy tadqiqotlar boshqarmasi orqali Milliy mudofaa fanlari va muhandisligi (NDSEG) stipendiyasini oldi. Uning tadqiqotlari AQSh Mudofaa tahdidlarini kamaytirish agentligi tomonidan moliyalashtiriladi.

Juda nozik don tuzilishi

“Mening materiallarimni tayyorlash usuli changni qayta ishlashdir, bunda biz avval nanokristalli kukun hosil qilamiz va keyin uni ommaviy ob'ektga birlashtiramiz. Ammo qiyinchilik shundaki, konsolidatsiya materialni yuqori haroratga ta'sir qilishni talab qiladi ", deydi Kordero. Qotishmalarni yuqori haroratga qizdirish metall ichidagi donalarning yoki alohida kristalli domenlarning kattalashishiga olib kelishi mumkin, bu esa ularni zaiflashtiradi. Cordero W-7Cr-9Fe kompaktida taxminan 130 nanometrli ultra nozik don tuzilishiga erisha oldi, bu elektron mikrograflar bilan tasdiqlangan. "Ushbu changni qayta ishlash yo'lidan foydalanib, biz diametri 2 santimetrgacha bo'lgan katta namunalarni yaratishimiz mumkin yoki biz 4 GPa (gigapaskal) dinamik bosim kuchi bilan kattaroq bo'lishimiz mumkin. Biz ushbu materiallarni kengaytiriladigan jarayon yordamida yaratishimiz mumkinligi, ehtimol bundan ham ta'sirliroqdir ", deydi Kordero.

“Biz guruh sifatida qilmoqchi bo'lgan narsamiz - nozik nanostrukturalar bilan katta hajmdagi narsalarni yaratishdir. Biz buni xohlayotganimiz sababi, bu materiallar juda ko'p ilovalarda foydalanish mumkin bo'lgan juda qiziqarli xususiyatlarga ega ", deb qo'shimcha qiladi Cordero.

Tabiatda topilmaydi

Cordero, shuningdek, Acta Materialia jurnalidagi qog'ozda nano o'lchovli mikro tuzilmalarga ega bo'lgan metall qotishma kukunlarining mustahkamligini o'rganib chiqdi. Kordero, katta muallif Shuh bilan birga, xuddi shunday dastlabki kuchga ega bo'lgan volfram va xrom kabi metallarning qotishmalari bir hil bo'lib, kuchli yakuniy mahsulot ishlab chiqarishga moyil ekanligini ko'rsatish uchun hisoblash simulyatsiyasi va laboratoriya tajribalaridan foydalangan, holbuki, katta boshlang'ich kuchga ega bo'lgan metallarning kombinatsiyasi bir xil emas. chunki volfram va tsirkonyum bir nechta fazalar mavjud bo'lgan zaifroq qotishma ishlab chiqarishga moyil edi.

"Yuqori energiyali sharni frezalash jarayoni - bu materialning mikro tuzilishini g'alati muvozanatsiz holatga keltirish uchun uni deformatsiyalash jarayonlarining kattaroq oilasiga misoldir. Chiqadigan mikro tuzilmani bashorat qilish uchun haqiqatan ham yaxshi asos yo'q, shuning uchun ko'pincha bu sinov va xatodir. Biz muvozanatli bo'lmagan fazaga misol bo'ladigan metastabil qattiq eritma hosil qiladigan qotishmalarni loyihalashda empirizmni olib tashlashga harakat qildik ", deb tushuntiradi Kordero.

"Siz bu muvozanatsiz fazalarni, odatda atrofingizdagi dunyoda, tabiatda ko'rmaydigan narsalarni ishlab chiqarasiz, bu juda ekstremal deformatsiya jarayonlaridan foydalangan holda", deydi u. Yuqori energiyali sharni frezalash jarayoni metall kukunlarini qayta-qayta qirqishni o'z ichiga oladi, bu qotishma elementlarini raqobatlashayotganda o'zaro aralashtirishga olib keladi, termal faollashtirilgan qayta tiklash jarayonlari qotishma o'zining muvozanat holatiga qaytishiga imkon beradi, bu ko'p hollarda fazalarni ajratishdir. . "Demak, bu ikki jarayon o'rtasida raqobat bor", deb tushuntiradi Kordero. Uning maqolasi qattiq eritma hosil qiladigan ma'lum qotishmadagi kimyoni bashorat qilish uchun oddiy modelni taklif qildi va uni tajribalar bilan tasdiqladi. "Tegirmon kukunlari odamlar ko'rgan eng qattiq metallardir", deydi Kordero, testlar volfram-xrom qotishmasining nanoindentsiya qattiqligi 21 GPa ekanligini ko'rsatdi. Bu ularni nanokristalli temir asosidagi qotishmalar yoki qo'pol taneli volframning nanoindentatsiya qattiqligini ikki baravar oshiradi.

Metallurgiya moslashuvchanlikni talab qiladi

U o'rgangan o'ta nozik donli volfram-xrom-temir qotishmasi kompaktlarida, qotishmalar temirni yuqori energiyali sharni frezalash paytida po'lat silliqlash muhiti va flakonning ishqalanishidan oldi. "Ammo ma'lum bo'lishicha, bu ham yaxshi narsa bo'lishi mumkin, chunki u past haroratlarda zichlashishni tezlashtiradi, bu esa mikrotuzilmadagi yomon o'zgarishlarga olib kelishi mumkin bo'lgan yuqori haroratlarda o'tkazishingiz kerak bo'lgan vaqtni kamaytiradi" Kordero tushuntiradi. "Eng katta narsa moslashuvchan bo'lish va metallurgiyadagi imkoniyatlarni tan olishdir."

Siqilgan metall qotishma pellet metallarni tortish uchun ishlatiladigan qayiqda maydalangan volfram-xromli temir metall kukunlari yonida o'tiradi. Po'lat sharlar yuqori energiyali sharli tegirmonda metallarni deformatsiya qilish uchun ishlatiladi. Kredit: Denis Paiste / Materiallarni qayta ishlash markazi
Kordero 2010-yilda MITni fizika bo‘yicha bakalavr bilan tamomlagan va Lourens Berkli Milliy laboratoriyasida bir yil ishlagan. U erda u Ikkinchi Jahon urushi paytida Manxetten loyihasi uchun plutoniyni saqlash uchun maxsus tigellar yasagan metallurglarning oldingi avlodidan o'rgangan muhandislik xodimlaridan ilhomlangan. “Ular ustida ishlayotgan narsalarni eshitish meni juda hayajonlantirdi va metallarni qayta ishlashga qiziqdi. Bundan tashqari, bu juda qiziqarli, - deydi Kordero. Boshqa materialshunoslik bo'limlarida u shunday deydi: "Siz 1000 C haroratda pechni ochib, qizarib turgan narsani ko'ra olmaysiz. Siz narsalarni issiqlik bilan ishlov berishingiz mumkin emas." U 2015 yilda doktorlik dissertatsiyasini tugatishni kutmoqda.

Uning hozirgi ishi strukturaviy ilovalarga qaratilgan bo'lsa-da, u qilayotgan kukunni qayta ishlash turi magnit materiallarni ishlab chiqarish uchun ham qo'llaniladi. "Ko'p ma'lumot va bilimlarni boshqa narsalarga qo'llash mumkin", deydi u. "Bu an'anaviy strukturali metallurgiya bo'lsa-da, siz bu eski maktab metallurgiyasini yangi maktab materiallariga qo'llashingiz mumkin."