Нейросети скормили 81 свойство металлов, а она выдала рецепт стали, которая и гнётся, и не ломается, и не ржавеет

Сталь — один из старейших материалов человечества, но инженеры до сих пор не могли решить фундаментальную проблему: чем прочнее сталь, тем она хрупче. Чем гибче — тем слабее. Исследователям из Университета Южного Китая и Университета Пердью удалось обойти этот компромисс с помощью искусственного интеллекта, создав сплав, который одновременно прочен, пластичен и не ржавеет.

Чтобы найти нужную комбинацию элементов, учёные загрузили в нейросеть 81 физическое свойство металлов. Среди них размеры атомов, поведение электронов и скорость звука в металле. Алгоритм искал закономерности, которые позволили бы получить сталь с противоречивыми на первый взгляд характеристиками. В итоге ИИ предложил сплав на основе железа и хрома с добавками никеля, марганца, меди, кремния, алюминия и углерода. Все компоненты недорогие и широко доступные.

Детали из нового сплава печатали на лазерном 3D-принтере методом Laser Directed Energy Deposition. Лазер плавит металлический порошок и наращивает изделие слой за слоем. Технология широко применяется в авиакосмической, военной и тяжёлой промышленности. Готовые детали потребовали всего шести часов термической обработки, тогда как большинство высокопрочных сталей проходят многоступенчатую обработку, занимающую несколько дней и требующую значительных энергозатрат.

По данным команды, секрет нового материала кроется в наноразмерных частицах внутри структуры сплава. При нагрузке именно они останавливают распространение трещин. Кроме того, в сплаве предусмотрены зоны, которые берут на себя деформацию, не давая металлу лопнуть. Коррозионную стойкость обеспечивает равномерное распределение хрома по всему объёму материала - медные частицы возвращают хром на место, если тот начинает смещаться. В итоге новый сплав по стойкости к ржавчине не уступает нержавеющей стали.

Испытания показали прочность на уровне 1730 МПа при пластичности 15,5% до разрушения - примерно на 30% лучше, чем у материала в необработанном состоянии сразу после печати. Такие характеристики открывают широкие перспективы для авиации, энергетики и тяжёлого машиностроения. Новый сплав подходит для производства лёгких и долговечных авиационных деталей, офшорных ветряных турбин и нефтегазовых трубопроводов. Полное описание исследования опубликовано в журнале International Journal of Extreme Manufacturing.