Трещины не смогли расколоть металл при −253 °C: учёные раскрыли секрет его прочности

Два сплава ниобия и титана сохранили прочность при −253 °C, когда обычные металлы становятся хрупкими. Учёные обнаружили механизм, который позволяет материалам сопротивляться распространению трещин даже при охлаждении почти до абсолютного нуля. Открытие может помочь создавать конструкции для криогенной техники, космических аппаратов и энергетических установок.

Исследователи испытали два экспериментальных сплава при температуре 20 К (−253 °C). В отличие от многих металлов с объёмно-центрированной кубической кристаллической решёткой, они не продемонстрировали измеримого перехода к хрупкому разрушению. Обычно при сильном охлаждении атомные дефекты, обеспечивающие пластическую деформацию, теряют подвижность. Металл перестаёт эффективно поглощать механические нагрузки и может разрушиться даже от небольшой трещины.

Причину необычной устойчивости обнаружили на уровне кристаллической структуры. При нагрузке в сплавах формируются наномасштабные двойники — участки кристалла, в которых атомы перестраиваются в зеркальном порядке. Одновременно происходят локальные фазовые превращения. На границах соседних кристаллов эти процессы создают дополнительные дефекты, открывая материалу новые способы деформироваться и распределять напряжение вместо того, чтобы раскалываться.

Источник: sciencedaily