掌握吸能合金的认知学习技巧

钢铁工业作为国民经济发展基础，是国家经济水平与综合国力的重要标志，其发展直接影响着与之相关的工业、建筑业、精密机械、造船、航空航天、家电以及汽车等行业。

以现代汽车工业为例，为适应新形势下汽车节能、环保、安全、舒适的发展要求，轻质且具有优异吸能性能的新型高强合金钢亟待开发。吸能合金即具有突出的强韧性、轻质性和吸能性，可吸收探测器着陆的冲击能。近年来新开发的含15%～30%Mn、2%～4%Si和2%～4%Al的高锰钢（TWIP钢）显示出极高的延伸率（60%～95%）和中等的抗拉强度（600～1100 MPa），强塑积高达50 GPa%，其优异的力学性能来自形变过程中的孪生诱发塑性效应，即TWIP效应。研究发现，TWIP钢不仅具有高强度、塑性，还有高的应变硬化率、优良的韧性、加工成型性以及无低温韧脆转变温度等特性，在航空航天、汽车工业等领域具有巨大的应用前景。

为加速TWIP钢产业化进程，国内外知名钢企和研究机构在TWIP钢成分设计、处理工艺、微观机理等方面均开展了广泛研究。其中国外较有代表性的是德国马普Eisenforschung研究所、日本国立材料研究所、日本京都大学、澳大利亚迪肯大学。此外，Arcelor公司和Thyssen Krupp Stah（TKS）公司合作研制了X-IP FeMnl000型TWIP钢，并被应用在汽车B型门柱上，以提高其侧面受冲击时的安全性。韩国浦项制铁2007—2008年在世界知识产权组织（WIPO）申请了TWIP钢一系列的专利技术。我国的研究机构主要有上海交通大学、北京科技大学、东北大学等高校，中科院固体物理研究所以及宝钢、鞍钢等大型钢企。但是，我国研究因起步较晚，相关研究主要侧重于微观组织与力学性能的内在联系、塑性变形的微观机制等基础性问题，产业化开发工作亟待推进。

2006年，在探月工程二期着陆缓冲材料研制任务的牵引下，中科院合肥物质科学研究院固体物理研究所开始从事TWIP钢的研究与开发，从材料设计、组织调控、工艺设计、过程控制与质量保障等方面进行了全面系统的研究，获得了一系列与各过程相关的自主知识产权。与国内外同类研究相比，我国在研究的全面性、复杂性和创新性等方面具有一定特色，所研制的高效缓冲吸能部件为“嫦娥三号探测器”圆满实现月面软着陆做出了重要贡献，真正实现了TWIP钢产品从概念到制造再到应用的三级跳。

当前，世界材料产业的产值以每年约30%的速度增长，化工新材料、微电子、光电子、新能源成了研究最活跃、发展最快、最为投资者所看好的新材料领域，材料创新已成为推动人类文明进步的重要动力之一，也促进了技术的发展和产业的升级。21世纪科技发展的主要方向之一是新材料的研制和应用。新材料的研究，是人类对物质性质认识和应用向更深层次的进军。

案例1释疑

案例中所述发动机的动力部件是由一种有记忆力的智能金属，这种材料的微观结构有两种相对稳定的状态，在高温下这种合金可以被变成任何想要的形状，在较低温度可被拉伸变形，但若对它重新加热，它会记起原来形状而变回去，此材料称为记忆合金，主要是镍钛合金材料。

“魔力水车”的叶片也是形状记忆合金制作的，能记住自己两个温度时的形状。水槽里的水是热水，60 °C左右，当形状记忆合金片浸入水后，它的形状发生很大的变化，在变化过程中，叶片对水有一个作用力，水对叶片的反作用力就使轮子旋转起来。当叶片出水冷却后，叶片会恢复到低温时的形状。在这两个温度之间，叶片的循环变化，就使轮子自动、永不停息地旋转着。

镍钛合金的奇特性质是美国海军军械实验室于20世纪60年代初发现的，这项发现很偶然。美国海军冶炼合金钢的冶金专家威廉·巴克勒用镍钛合金丝做试验时，这些合金丝弯弯曲曲，为了使用方便，他把这些合金丝弄直了。但是，当他无意中把合金丝靠近火的时候，奇迹发生了：已经弄直的合金丝居然完全恢复了它们原来弯弯曲曲的形状。(www.xing528.com)

案例2释疑

案例2中所述我国嫦娥四号探测器，对着陆缓冲材料吸能性及其稳定性提出了极高的要求。高吸能合金是根据我国“嫦娥三号”“嫦娥四号”探测器在月面极端环境下软着陆需求而研制的一种新材料，具有极高的强韧性和吸能性，也是“天问一号”使用的唯一着陆缓冲材料。该合金具有突出的强韧性、轻质性和吸能性，可吸收探测器着陆的冲击能。

在距离月球约6.5万千米、环绕地月第二拉格朗日点、能同时看见地球和月球背面的中继星“鹊桥”的通信协助下，嫦娥四号上的变推力发动机被点燃，探测器的速度从相对月球1.7 km/s降到接近为零。探测器调整了姿态，朝着艾特肯盆地中冯·卡门撞击坑相对平坦的坑底垂直降落下去。

当它距离月面约2 km时，太阳从东方照射月面形成的投影被探测器上的相机捕捉到，经过计算机“大脑”处理，它识别出下方的大石块和陨石坑，进行了第一次避障。

当距离月面100 m时，它在空中悬停，利用激光扫描识别出月面上更小的障碍物以及坡度，它的“大脑”再次计算，寻找到一个较为安全的地点作为着陆点。

当距离月面2 m时，探测器上的发动机停止工作，怀抱着月球车的金光闪闪的着陆器依靠自身重力落下，四条腿稳稳站立在荒凉的灰色月面实现软着陆。

整个降落过程持续了大约12 min，全部由探测器自主完成，地球上没有进行任何干预，但“鹊桥”将着陆的画面传回到指挥控制中心。

技能提升