Сверхзвук против науки. 70 летний закон физики не выдержал проверки на прочность
NewsMakerФизики опровергли закон Холла-Петча при сверхбыстрых ударах.
Если вам когда-нибудь говорили, что «мельче зерно в металле значит прочнее», то вот новость, которая может перевернуть половину учебников. Исследователи из Корнеллского университета в США выяснили, что при ударных нагрузках на сверхвысоких скоростях этот привычный рецепт может давать обратный эффект: металл с меньшим размером зерна не упрочняется, а наоборот становится мягче.
Команда из Нью Йорка проверяла границы так называемого закона Холла - Петча , который уже больше 70 лет объясняет, почему металлы обычно крепнут при уменьшении размера зерна. Идея проста: границы между кристаллическими зернами работают как барьеры для дислокаций, микроскопических дефектов, которые позволяют металлу деформироваться. Чем больше таких барьеров, тем сложнее дислокациям двигаться, тем прочнее материал.
Чтобы понять, что происходит в действительно экстремальных условиях, ученые применили лазерные испытания с микроснарядами. По сути, это «выстрелы» микроскопическими частицами по металлической мишени со скоростями выше скорости звука, примерно от 761 мили в час, это около 1225 км/ч. Раньше такие сверхвысокие скорости деформации было трудно исследовать, но современные установки наконец позволили проводить стабильные эксперименты.
В качестве основной модели они взяли медь и подготовили образцы с размером зерна от 1 до 100 микрометров, то есть как раз в диапазоне, где эффект Холла - Петча обычно считается надежным. Логика подсказывала, что мелкозернистые образцы должны лучше сопротивляться вдавливанию. На практике вышло иначе: при ударе более крупнозернистая медь давала более мелкие вмятины. Это означает большую твердость и более эффективное рассеивание энергии, что выглядит как прямой вызов классической теории.
Если вам когда-нибудь говорили, что «мельче зерно в металле значит прочнее», то вот новость, которая может перевернуть половину учебников. Исследователи из Корнеллского университета в США выяснили, что при ударных нагрузках на сверхвысоких скоростях этот привычный рецепт может давать обратный эффект: металл с меньшим размером зерна не упрочняется, а наоборот становится мягче.
Команда из Нью Йорка проверяла границы так называемого закона Холла - Петча , который уже больше 70 лет объясняет, почему металлы обычно крепнут при уменьшении размера зерна. Идея проста: границы между кристаллическими зернами работают как барьеры для дислокаций, микроскопических дефектов, которые позволяют металлу деформироваться. Чем больше таких барьеров, тем сложнее дислокациям двигаться, тем прочнее материал.
Чтобы понять, что происходит в действительно экстремальных условиях, ученые применили лазерные испытания с микроснарядами. По сути, это «выстрелы» микроскопическими частицами по металлической мишени со скоростями выше скорости звука, примерно от 761 мили в час, это около 1225 км/ч. Раньше такие сверхвысокие скорости деформации было трудно исследовать, но современные установки наконец позволили проводить стабильные эксперименты.
В качестве основной модели они взяли медь и подготовили образцы с размером зерна от 1 до 100 микрометров, то есть как раз в диапазоне, где эффект Холла - Петча обычно считается надежным. Логика подсказывала, что мелкозернистые образцы должны лучше сопротивляться вдавливанию. На практике вышло иначе: при ударе более крупнозернистая медь давала более мелкие вмятины. Это означает большую твердость и более эффективное рассеивание энергии, что выглядит как прямой вызов классической теории.