ترک‌های ناشی از خستگی در فلزات به هم می‌پیوندند - دنیای فیزیک

محققان آزمایشگاه ملی ساندیا (SNL) و دانشگاه A&M تگزاس در ایالات متحده مشاهده کرده‌اند که ترک‌ها در یک فلز کوتاه‌تر می‌شوند. این یافته غیرمنتظره - ترک‌ها معمولاً طولانی‌تر می‌شوند - نظریه‌های شکستگی در فلزات را تغییر می‌دهد و می‌تواند به طراحی موادی کمک کند که آسیب‌های داخلی خود را "درمان" کنند.

هنگامی که فلزات به طور مکرر تحت تنش و کرنش قرار می گیرند، ترک های میکروسکوپی شروع به ایجاد می کنند. این ترک‌ها نوعی آسیب ناشی از خستگی هستند و به مرور زمان رشد می‌کنند و گسترش می‌یابند تا جایی که در نهایت باعث از کار افتادن سازه می‌شوند - اغلب غیرقابل پیش‌بینی.

فرض بر این بود که چنین رشدی غیرقابل برگشت است، اما پژوهشگران به رهبری آنها SNL دانشمند و مهندس مواد برد بویس متوجه شد که این لزوما درست نیست. آنها در مطالعه خود از یک میکروسکوپ الکترونی اصلاح شده استفاده کردند که به آنها اجازه می داد تا نمونه های پلاتین در مقیاس نانو را به طور مکرر فشار دهند و در عین حال آنچه در داخل آنها اتفاق می افتد را مشاهده کردند. همانطور که انتظار می رفت، آنها ترک های خستگی در مقیاس نانو را در اوایل آزمایش مشاهده کردند. با این حال، به طور غیرمنتظره‌ای، آن‌ها تقریباً ۴۰ دقیقه بعد انتهای ترک‌ها را دیدند که دوباره به هم آمیخته شدند.

بویس می‌گوید: «انتظار می‌رفت که ترک‌ها بزرگ‌تر شوند، نه کوچک‌تر». حتی برخی از معادلات اساسی که برای توصیف رشد ترک استفاده می کنیم، امکان چنین فرآیندهای بهبودی را از بین می برد.

جوش سرد لبه ترک

تیم SNL در زمان شروع آزمایش به طور هدفمند به دنبال این اثر نبود، اما پس از مشاهده آن، اعضا فرآیند برگشت آسیب یا "خود ترمیم" را به عنوان شکلی از جوشکاری سرد که در کناره‌های ترک‌ها رخ می‌دهد شناسایی کردند. این اثر با ترکیبی از تنش موضعی و مهاجرت مرزی دانه ایجاد می‌شود مایکل دمکوویچ، استاد علوم و مهندسی مواد در تگزاس A&M، در سال 2013 پیش بینی کرد که امکان پذیر است.

کشف عیوب کوچکی که باعث شکست مواد می شود

دمکوویچ توضیح می‌دهد: «وقتی ریزساختار ماده تغییر می‌کند، می‌تواند نیروهای متضاد یک ترک را کنار هم فشار دهد. اگر آن صورت‌ها تمیز باشند، می‌توانند از طریق جوش سرد بچسبند و بهبود پیدا کنند.»

در حالی که محققان قبلاً مواد خود ترمیم شونده ساخته بودند، این مواد عمدتاً از پلاستیک ساخته شده بودند نه فلز. با این حال، دمکوویچ محاسبه کرد که تحت شرایط خاص، فلزات باید بتوانند ترک های ایجاد شده در اثر آسیب خستگی را جوش دهند. انجام آزمایشی که بتواند پیش‌بینی من را آزمایش کند دشوار بود، اما محققان SNL که در واقع روی درک تکامل آسیب کلی کار می‌کردند، به‌طور سرسام‌آور فرآیندی را که من تئوری‌سازی کرده بودم مشاهده کردند.»

دمکوویچ می گوید در کوتاه مدت دنیای فیزیک یافته‌های این تیم به بهبود نظریه‌های شکستگی در فلزات کمک می‌کند. در بلندمدت، ممکن است به استراتژی‌های جدیدی برای طراحی فلزاتی که در برابر آسیب مقاوم هستند، منجر شود.

برای این مطالعه که به تفصیل در طبیعتمحققان اندازه گیری های خود را در خلاء انجام دادند، بنابراین مشخص نیست که آیا ترمیم ترک می تواند در هوا نیز رخ دهد یا خیر. اکنون محققان می خواهند بدانند که آیا این امکان پذیر است یا خیر.

• محتوای مبتنی بر SEO و توزیع روابط عمومی. امروز تقویت شوید.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. به خودت قدرت بده دسترسی به اینجا.
• PlatoAiStream. هوش وب 3 دانش تقویت شده دسترسی به اینجا.
• PlatoESG. خودرو / خودروهای الکتریکی، کربن ، CleanTech، انرژی، محیط، خورشیدی، مدیریت پسماند دسترسی به اینجا.
• PlatoHealth. هوش بیوتکنولوژی و آزمایشات بالینی. دسترسی به اینجا.
• ChartPrime. بازی معاملاتی خود را با ChartPrime ارتقا دهید. دسترسی به اینجا.
• BlockOffsets. نوسازی مالکیت افست زیست محیطی. دسترسی به اینجا.
• منبع: https://physicsworld.com/a/fatigue-generated-cracks-fuse-back-together-in-metals/