Fisurile generate de oboseală fuzionează din nou împreună în metale – Physics World

Fisurile generate de oboseală fuzionează din nou împreună în metale – Physics World

Marca temporală: 21 august 2023 8:00

Fotografie cu Ryan Schoell privind un ecran de computer într-un laborator întunecat scăldat în lumină laser roșie
Studierea fisurilor de oboseală la scară nanometrică: cercetătorul de la Sandia National Laboratories Ryan Schoell folosește o tehnică specializată de microscop electronic cu transmisie dezvoltată de Khalid Hattar, Dan Bufford și Chris Barr pentru a studia fisurile de oboseală la scară nanometrică. (Cu amabilitatea: Craig Fritz, Sandia National Laboratories)

Cercetătorii de la Sandia National Laboratories (SNL) și Texas A&M University din SUA au observat crăpăturile într-un metal devenind mai scurte. Descoperirea neașteptată – fisurile devin în mod normal mai lungi – răstoarnă teoriile de fractură a metalelor și ar putea ajuta la proiectarea materialelor care „vindecă” propriile daune interne.

Când metalele sunt supuse în mod repetat solicitări și deformari, încep să se formeze fisuri microscopice. Aceste fisuri sunt un tip de daune cauzate de oboseală și, de-a lungul timpului, se dezvoltă și se răspândesc până când în cele din urmă duc la cedarea structurii - adesea în mod imprevizibil.

Se presupunea că o astfel de creștere este ireversibilă, dar cercetătorii au fost conduși de SNL om de știință și inginer de materiale Brad Boyce am constatat că acest lucru nu este neapărat adevărat. În studiul lor, ei au folosit un microscop electronic special modificat, care le-a permis să strecoare mostre de platină la scară nanometrică în mod repetat, în timp ce observă ce se întâmplă în interiorul lor. După cum era de așteptat, ei au văzut fisuri de oboseală la scară nanometrică apărând la începutul experimentului. În mod neașteptat, totuși, ei au văzut, de asemenea, capetele crăpăturilor fuzionându-se la loc, aproximativ 40 de minute mai târziu.

„S-a așteptat ca fisurile să devină mai mari, nu mai mici”, spune Boyce. „Chiar și unele dintre ecuațiile de bază pe care le folosim pentru a descrie creșterea fisurilor exclud posibilitatea unor astfel de procese de vindecare.”

Fisura flancului de sudare la rece

Echipa SNL nu căuta în mod intenționat acest efect când a început experimentul, dar după ce l-au observat, membrii au identificat procesul de inversare a daunelor, sau „auto-vindecare”, ca o formă de sudare la rece care are loc pe flancurile fisurilor. Acest efect este indus de o combinație de stres local și migrarea granițelor și Michael Demkowicz, profesor de știința materialelor și inginerie la Texas A&M, a prezis în 2013 că este posibil.

„Când microstructura materialului se modifică, acesta poate împinge împreună forțele opuse ale unei fisuri”, explică Demkowicz. „Dacă acele fețe sunt curate, se pot lega și „vindeca” prin sudare la rece.”

În timp ce cercetătorii au mai fabricat materiale de auto-vindecare, acestea au fost în principal realizate din plastic, nu din metal. Demkowicz, totuși, a calculat că, în anumite condiții, metalele ar trebui să poată suda fisurile închise create de deteriorarea oboseală. „S-a dovedit dificil să vin cu un experiment care să-mi testeze predicția, dar cercetătorii SNL, care lucrau de fapt la înțelegerea evoluției generale a daunelor, au sfârșit din întâmplare prin a observa procesul pe care l-am teoretizat.”

Pe termen scurt, spune Demkowicz Lumea fizicii că descoperirile echipei vor ajuta la îmbunătățirea teoriilor despre fracturile metalelor. Pe termen lung, acestea ar putea duce la noi strategii de proiectare a metalelor care reziste la deteriorare.

Pentru acest studiu, care este detaliat în Natură, cercetătorii și-au efectuat măsurătorile în vid, așa că nu este clar dacă vindecarea fisurilor poate avea loc și în aer. Cercetătorii ar dori acum să afle dacă acest lucru este posibil.

Timestamp-ul:

Mai mult de la Lumea fizicii