Ett steg närmare det perfekta stålet

Traditionella vetenskapliga teorier har hittills inte kunnat förklara ståls plasticitet. Nu har emellertid en forskargrupp från KTH arbetat fram en teori som beskriver hur metallers plasticitet kan utvecklas och förändras.

Att utveckla det optimala stålet, det vill säga material med metalliska egenskaper som består av två eller fler grundämnen, är centralt inom materialforskning.

Syftet är att skapa stål som är starkt, smidbart och elastiskt på samma gång.

Avsaknaden av en djupare förståelse kring ståls plasticitet har fram till nu varit ett hinder för att utveckla det perfekta stålet, enligt materialforskarna vid KTH.

Teorin, som tagits fram av forskargruppen vid KTH i samarbete med en sydkoreansk forskargrupp (ledd av professor Se Kyun Kwon, tidigare postdoktor i Sverige), kan på sikt revolutionera stålindustrin. Teorin bygger på kvantfysik och hur sambandet mellan olika ämnen i metaller ser ut på atomnivå, hur de samverkar och påverkar varandra.

– Om du slår på en bilkaross blir det en buckla om trycket är tillräckligt stort, det vill säga det blir en plastisk deformation. Vi har undersökt och hittat mekanismerna bakom plastisk deformation, genom molekylära datorsimuleringar, säger Levente Vitos, professor i tillämpad materialfysik och den som lett forskargruppens arbete vid KTH.

Nu har han och de andra emellertid på atomnivå hittat hemligheten för att kunna skapa ett extremt töjbart, starkt och formbart material.
 
Förklaringen till dessa unika och eftertraktade egenskaper ligger i plasticitet som i legeringar orsakas av så kallade twinning och staplingsfel i den atomära uppbyggnaden.

– Genom vår forskning blir det möjligt att designa nya legeringar med optimala mekaniska egenskaper, säger Börje Johansson, professor i tillämpad materialfysik vid institutionen för materialvetenskap på KTH.

Vad är det här bra för?

– De allvarliga miljö- och energiproblem vi står inför ökar behovet av att kunna utveckla ändamålsenliga material med specifika fysikaliska egenskaper. Genom att i framtiden kunna skapa ultralätta, och samtidigt mer krocksäkra bilar, eller flygplan som väger hälften av vad de gör i dag kan man minska energianvändningen kraftigt, säger Levente Vitos.

– Bättre och mer effektiva tillverkningsmetoder för stålindustrin är en annan viktig aspekt, tillägger Börje Johansson.

Inom ett par år tror de att deras modell kommer att vara standard på de flesta FOU-avdelningar inom stålindustrin.

Nyligen publicerades forskarnas artikel om deras teori, Theory for plasticity of face-centered cubic metals, i den amerikanska vetenskapliga tidskriften PNAS.

Plasticitet är när ett material deformeras utan att någon normalkraft uppstår mot den deformerande kraften när rörelsen avstannat. Ett exempel är om man böjer en metall- eller plastbit så mycket att det sker permanenta förändringar inne i materialet så att biten inte böjer tillbaka sig till ursprungsformen.

För mer information, kontakta Levente Vitos på 08 - 790 83 56 eller leveute@kth.se.