Väsymyksen aiheuttamat halkeamat sulautuvat takaisin yhteen metalleissa – Physics World

Sandia National Laboratoriesin (SNL) ja yhdysvaltalaisen Texas A&M -yliopiston tutkijat ovat havainneet metallin halkeamia lyhenevän. Odottamaton havainto – halkeamat kasvavat normaalisti pidemmiksi – muuttaa metallien murtumisteoriat ja voi auttaa suunnittelemaan materiaaleja, jotka "parantavat" omia sisäisiä vaurioitaan.

Kun metalleihin kohdistuu toistuvasti jännityksiä ja venymiä, alkaa muodostua mikroskooppisia halkeamia. Nämä halkeamat ovat eräänlainen väsymisvaurio, ja ajan myötä ne kasvavat ja leviävät, kunnes ne lopulta aiheuttavat rakenteen epäonnistumisen – usein arvaamattomasti.

Tällaisen kasvun oletettiin olevan peruuttamaton, mutta tutkijat johtivat SNL materiaalitieteilijä ja insinööri Brad Boyce huomasi, että tämä ei välttämättä ole totta. Tutkimuksessaan he käyttivät erityisesti muokattua elektronimikroskooppia, jonka avulla he siivilöivät nanomittakaavan platinanäytteitä toistuvasti samalla kun he tarkkailivat, mitä niiden sisällä tapahtuu. Kuten odotettiin, he näkivät nanokokoisia väsymishalkeamia kokeen varhaisessa vaiheessa. Yllättäen he kuitenkin näkivät myös halkeamien päät sulautuvan takaisin yhteen noin 40 minuuttia myöhemmin.

"Häröjen odotettiin vain kasvavan, ei pienempiä", Boyce sanoo. "Jopa jotkut perusyhtälöistä, joita käytämme kuvaamaan halkeamien kasvua, sulkevat pois tällaisten paranemisprosessien mahdollisuuden."

Halkeama kylkihitsaus

SNL-tiimi ei etsinyt tarkoituksellisesti tätä vaikutusta kokeilun alkaessa, mutta sen tarkkailun jälkeen jäsenet tunnistivat vaurion palautumisprosessin eli "itseparantumisen" muodoksi kylmähitsauksen, joka tapahtuu halkeamien kyljissä. Tämä vaikutus johtuu paikallisen jännityksen ja raerajojen siirtymisen yhdistelmästä ja Michael Demkowicz, materiaalitieteen ja tekniikan professori klo Texas A&Mennusti vuonna 2013, että se oli mahdollista.

Paljastaa pienet viat, jotka aiheuttavat materiaalien epäonnistumisen

"Kun materiaalin mikrorakenne muuttuu, se voi työntää yhteen halkeaman vastakkaiset voimat", Demkowicz selittää. "Jos nämä kasvot ovat puhtaat, ne voivat kiinnittyä ja "paraantua" kylmähitsauksen avulla."

Vaikka tutkijat ovat valmistaneet itsekorjautuvia materiaaleja aiemmin, ne on valmistettu pääasiassa muovista, ei metallista. Demkowicz kuitenkin laski, että tietyissä olosuhteissa metallien pitäisi pystyä hitsaamaan väsymisvaurioiden aiheuttamia halkeamia. "Oli vaikea saada aikaan kokeilua, joka voisi testata ennusteeni, mutta SNL:n tutkijat, jotka itse asiassa työskentelivät ymmärtääkseen yleistä vahinkojen kehitystä, päätyivät satunnaisesti tarkkailemaan teoriaani."

Lähitulevaisuudessa Demkowicz kertoo Fysiikan maailma että ryhmän havainnot auttavat parantamaan metallien murtumien teorioita. Pidemmällä aikavälillä ne voivat johtaa uusiin strategioihin sellaisten metallien suunnittelussa, jotka kestävät vaurioita.

Tätä tutkimusta varten, joka on kuvattu yksityiskohtaisesti luonto, tutkijat suorittivat mittauksensa tyhjiössä, joten on epäselvää, voiko halkeaman paraneminen tapahtua myös ilmassa. Tutkijat haluavat nyt selvittää, onko tämä mahdollista.

• SEO-pohjainen sisällön ja PR-jakelu. Vahvista jo tänään.
• PlatoData.Network Vertical Generatiivinen Ai. Vahvista itseäsi. Pääsy tästä.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Tietoa laajennettu. Pääsy tästä.
• PlatoESG. Autot / sähköautot, hiili, CleanTech, energia, ympäristö, Aurinko, Jätehuolto. Pääsy tästä.
• PlatonHealth. Biotekniikan ja kliinisten kokeiden älykkyys. Pääsy tästä.
• ChartPrime. Nosta kaupankäyntipeliäsi ChartPrimen avulla. Pääsy tästä.
• BlockOffsets. Ympäristövastuun omistuksen nykyaikaistaminen. Pääsy tästä.
• Lähde: https://physicsworld.com/a/fatigue-generated-cracks-fuse-back-together-in-metals/