Rachaduras geradas pela fadiga se fundem novamente em metais – Physics World

Pesquisadores do Sandia National Laboratories (SNL) e da Texas A&M University, nos EUA, observaram rachaduras em um metal cada vez mais curtas. A descoberta inesperada – as fissuras normalmente crescem mais – derruba as teorias de fractura em metais e pode ajudar na concepção de materiais que “curam” os seus próprios danos internos.

Quando os metais sofrem repetidamente tensões e deformações, rachaduras microscópicas começam a se formar. Essas fissuras são um tipo de dano por fadiga e, com o tempo, crescem e se espalham até causarem a falha da estrutura – muitas vezes de forma imprevisível.

Esse crescimento era considerado irreversível, mas os pesquisadores liderados por SNL cientista e engenheiro de materiais Brad Boyce descobriu que isso não é necessariamente verdade. Em seu estudo, eles usaram um microscópio eletrônico especialmente modificado que lhes permitiu esticar repetidamente amostras de platina em nanoescala enquanto observavam o que acontece dentro delas. Como esperado, eles viram rachaduras por fadiga em nanoescala aparecendo no início do experimento. Inesperadamente, porém, eles também viram as pontas das rachaduras se fundindo novamente cerca de 40 minutos depois.

“Esperava-se que as rachaduras aumentassem, não diminuíssem”, diz Boyce. “Mesmo algumas das equações básicas que usamos para descrever o crescimento de fissuras excluem a possibilidade de tais processos de cura.”

Soldagem a frio de flanco de trinca

A equipe do SNL não estava procurando esse efeito propositalmente quando o experimento começou, mas depois de observá-lo, os membros identificaram o processo de reversão de danos, ou “autocura”, como uma forma de soldagem a frio que ocorre nos flancos das fissuras. Este efeito é induzido por uma combinação de tensão local e migração de contorno de grão, e Michael Demkowicz, professor de ciência e engenharia de materiais na Texas A&M, previu em 2013 que isso era possível.

Descobrindo os pequenos defeitos que fazem os materiais falharem

“Quando a microestrutura do material muda, ela pode unir as forças opostas de uma fissura”, explica Demkowicz. “Se essas faces estiverem limpas, elas podem unir-se e ‘curar’ por meio de soldagem a frio.”

Embora os pesquisadores já tenham fabricado materiais autocuráveis, eles eram feitos principalmente de plástico, não de metal. Demkowicz, no entanto, calculou que, sob certas condições, os metais deveriam ser capazes de soldar fissuras criadas por danos por fadiga. “Foi difícil criar um experimento que pudesse testar minha previsão, mas os pesquisadores do SNL, que estavam de fato trabalhando na compreensão da evolução geral dos danos, acabaram por acaso observando o processo que eu havia teorizado.”

No curto prazo, Demkowicz diz Mundo da física que as descobertas da equipe ajudarão a melhorar as teorias de fraturas em metais. A longo prazo, poderão levar a novas estratégias para a concepção de metais que resistam aos danos.

Para este estudo, detalhado em Natureza, os pesquisadores realizaram suas medições no vácuo, por isso não está claro se a cicatrização da fissura também pode ocorrer no ar. Os pesquisadores gostariam agora de descobrir se isso é possível.

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• Fonte: https://physicsworld.com/a/fatigue-generated-cracks-fuse-back-together-in-metals/