Cacat terkecil pada suatu logam dapat menyebabkan kegagalannya, tetapi sulit untuk memprediksi kapan apa yang disebut kelelahan logam ini akan terjadi. Namun kini, para peneliti di AS dan Perancis telah menemukan bahwa kekuatan lelah bahan logam dapat dihitung hanya setelah satu siklus pemuatan berkat teknik korelasi gambar digital beresolusi nanometer yang baru. Teknik ini memungkinkan tim untuk mengamati titik lemah yang baru jadi yang dikenal sebagai lokalisasi slip pada permukaan berbagai paduan dan dapat memandu desain paduan tahan lelah di masa depan.
“Kami menemukan bahwa setelah siklus deformasi kelelahan pertama, amplitudo peristiwa lokalisasi plastis yang berkembang menentukan kekuatan kelelahan bahan logam,” jelasnya. Jean-Charles Stinville, seorang ilmuwan material dan insinyur di Universitas Illinois di Urbana-Champaign yang memimpin penelitian. “Pengamatan ini mengidentifikasi asal mula kegagalan kelelahan dan membuka jalan untuk memprediksi kekuatan kelelahan secara cepat, yang mengukur berapa kali sejumlah tekanan tertentu dapat diterapkan pada suatu material sebelum material tersebut rusak.”
Ketika logam diberi beban, cacat linier yang disebut dislokasi bergerak melalui kisi kristalnya, menyebabkan atom-atom saling tergelincir dan logam berubah bentuk. Lokalisasi slip permukaan ini adalah tempat terkonsentrasinya tegangan dan bertindak sebagai tempat nukleasi retakan yang berkembang secara progresif seiring dengan siklus pembebanan selanjutnya, yang pada akhirnya menyebabkan keruntuhan.
Kekuatan lelah dan kekuatan luluh
Para peneliti saat ini mengukur kekuatan logam atau paduan dengan menguji sampel di bawah kondisi pembebanan siklik yang berbeda untuk menghitung tegangan tertinggi yang dapat ditahan material untuk sejumlah siklus tertentu – sebuah metode yang rumit dan memakan waktu. Dalam penelitian barunya, Stinville dan rekannya menemukan bahwa lokalisasi slip (yang tidak dapat diubah) setelah siklus pembebanan pertama berkorelasi linier dengan kekuatan lelah berbagai logam. Korelasi ini memberikan cara untuk memprediksi dengan cepat kekuatan lelah logam, kata mereka.
Dalam pekerjaan mereka, mereka melakukan berbagai bahan logam face-centered cube (FCC), hexagonal close-packed (HCP) dan body-centered cube (BCC) terhadap deformasi siklik dan mengamati perilakunya pada skala nanometer pada tahap paling awal. bersepeda. Mereka mengamati bahwa karakteristik peristiwa slip bervariasi sesuai fungsi struktur kristal dan struktur mikro. Misalnya, lokalisasi slip biasanya kurang intens pada material logam BCC, sehingga menyebabkan kekuatan lelahnya lebih baik dibandingkan dengan material FCC dan HCP.
“Alat eksperimental kami memungkinkan kuantifikasi statistik peristiwa deformasi skala nanometer yang terlibat selama deformasi logam,” kata Stinville. Dunia Fisika. “Karakteristiknya menginformasikan pengaruh struktur dan mikro terhadap sifat mekanik, dan khususnya kekuatan lelah.”
Analisis tersebut berguna untuk mengidentifikasi paduan yang menunjukkan perilaku luar biasa atau tidak biasa dan memberikan pendekatan berbeda untuk mengidentifikasi paduan tahan lelah dengan cepat dan sederhana, tambahnya.
Para peneliti mengatakan mereka sekarang berencana untuk memperluas teknik mereka ke kondisi pemuatan di lingkungan yang ekstrim, seperti suhu tinggi dan kriogenik. “Pengukuran seperti itu akan berguna untuk mengidentifikasi logam untuk aplikasi transportasi dan logam yang memerlukan suhu ekstrem,” kata Stinville.
Mereka melaporkan pekerjaan mereka di Ilmu.
Pos Tanda-tanda kelelahan muncul di awal logam muncul pertama pada Dunia Fisika.
