Легкий и устойчивый к коррозии алюминий обладает очень хорошими характеристиками, когда речь идет о конструкции транспортных средств. Однако из-за из-за повторяющихся, чередующихся нагрузок возникает износ (представьте, что вы сгибаете скрепку взад и вперед снова и снова, пока она не сломается). Ученые из Австралии предложили решение этой так называемой «усталости», изменив микроструктуру алюминиевых сплавов, чтобы они могли сами латать слабые места.

«80% всех отказов технических сплавов происходят из-за усталости материала, — объяснил профессор Университета Монаша Кристофер Хатчинсон, который руководил исследованием. — Усталость — это отказ из-за переменного напряжения, которая имеет большое значение в производственной и машиностроительной промышленности».

Исследование, проведенное Хатчинсоном и его командой, описывается как первое в своем роде, и сосредоточено на основной причине этой усталости — зонах, свободных от преципитата (PFZ). Это слабые звенья, которые образуются в алюминиевых сплавах в результате переменного напряжения. Они начинаются с крошечных пластичных пятен и продолжают образовывать трещины, пока в конечном итоге не разрушат материал.

Хатчинсон и его команда инженеров стремились вмешаться на ранних стадиях этого процесса, используя механическую энергию, которая генерируется во время переменного напряжения. В частности, команда придумала способ захвата новых частиц, которые образуются при приложении к материалу напряжения, и использования их для усиления слабых мест, а также значительного замедления появления трещин.

Это достигается за счет «тренировочного» процесса, который имитирует нагрузки, прикладываемые к материалу, хотя и с большей нагрузкой, чем обычно, и повторяется через несколько сотен циклов. Данная операция приводит к увеличению концентрации мелких частиц в слабых зонах, что увеличивает текучесть и предел прочности материала, который затем может самовосстанавливаться во время работы.

«Структура постепенно «тренируется», а график ее тренировок используется для ремонта PFZ, которые в противном случае представляли бы слабые места», — поясняет Хатчинсон. «Наш подход является общим и может быть применен к другим дисперсионно-твердым сплавам, содержащим PFZ, для которых усталость производительность также является важным фактором».

Исследователи говорят, что такое изменение исходной микроструктуры могло бы значительно улучшить усталостную долговечность алюминиевых сплавов. Они также отмечают, что высокопрочные алюминиевые сплавы, которые имеют заведомо низкую усталостную прочность, выиграют от новой технологии больше всего, поскольку долговечность может быть увеличена в 25 раз!

источники