17:23 2022-05-20
science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu
_ Cercetătorii dezvăluie un secret al metalelor mai puternice
_ Cercetătorii dezvăluie un secret metale
Formarea metalului în formele necesare pentru diverse scopuri se poate face în mai multe moduri, inclusiv turnare, prelucrare, laminare și forjare. Aceste procese afectează dimensiunile și formele granulelor cristaline minuscule care alcătuiesc metalul în vrac, fie că este vorba de oțel, aluminiu sau alte metale și aliaje utilizate pe scară largă.
Acum, cercetătorii de la MIT au putut studia exact ce se întâmplă când aceste granule de cristal se formează în timpul unui proces de deformare extremă, la cele mai mici scale, până la câțiva nanometri. Noile descoperiri ar putea duce la moduri îmbunătățite de procesare pentru a produce proprietăți mai bune și mai consistente, cum ar fi duritatea și duritatea.
Noile descoperiri, făcute posibile prin analiza detaliată a imaginilor dintr-o suită de sisteme de imagistică puternice, sunt a raportat astăzi în revista Nature Materials, într-o lucrare a fostului postdoctorat MIT Ahmed Tiamiyu (acum profesor asistent la Universitatea din Calgary); profesorii MIT Christopher Schuh, Keith Nelson și James LeBeau; fost student Edward Pang; și actualul student Xi Chen.
„În procesul de fabricare a unui metal, îl dotați cu o anumită structură, iar acea structură îi va dicta proprietățile în exploatare”, spune Schuh. În general, cu cât granulația este mai mică, cu atât metalul rezultat este mai puternic. Efortul de a îmbunătăți rezistența și tenacitatea prin micșorarea granulelor „a fost o temă generală în toată metalurgia, în toate metalele, în ultimii 80 de ani”, spune el.
Metalurgiștii au aplicat de mult timp o varietate a metodelor dezvoltate empiric pentru reducerea dimensiunilor granulelor dintr-o bucată de metal solid, în general prin conferirea diferitelor tipuri de deformare prin deformarea acesteia într-un fel sau altul. Dar nu este ușor să faci aceste boabe mai mici.
Metoda primară se numește recristalizare, în care metalul este deformat și încălzit. Acest lucru creează multe mici defecte în piesa, care sunt „foarte dezordonate și peste tot”, spune Schuh, care este profesorul de metalurgie Danae și Vasilis Salapatas.
Când metalul este deformat și încălzit, atunci toate acele defecte pot forma spontan nucleele de cristale noi. „Treci de la această supă dezordonată de defecte la cristale nucleate proaspăt noi. Și pentru că sunt proaspăt nucleate, încep foarte mici”, ceea ce duce la o structură cu boabe mult mai mici, explică Schuh.
Ce este unic. despre noua lucrare, spune el, determină modul în care acest proces are loc la viteză foarte mare și la cele mai mici scale. În timp ce procesele tipice de formare a metalelor, cum ar fi forjarea sau laminarea tablei, pot fi destul de rapide, această nouă analiză analizează procesele care sunt „cu câteva ordine de mărime mai rapide”, spune Schuh.
„Folosim un laser pentru a lansa. particule de metal la viteze supersonice. A spune că se întâmplă într-o clipă ar fi o subestimare incredibilă, pentru că ai putea face mii de acestea într-o clipită", spune Schuh.
O astfel de mare. -procesul de viteză nu este doar o curiozitate de laborator, spune el. „Există procese industriale în care lucrurile se întâmplă cu această viteză”. Acestea includ prelucrarea de mare viteză; măcinarea de înaltă energie a pulberii metalice; și o metodă numită spray la rece, pentru formarea acoperirilor. În experimentele lor, „am încercat să înțelegem acel proces de recristalizare în acele rate extreme și, pentru că ratele sunt atât de mari, nimeni nu a putut să sape acolo și să se uite sistematic la acel proces înainte”, spune el.
Folosind un sistem bazat pe laser pentru a trage particule de 10 micrometri la o suprafață, Tiamiyu, care a efectuat experimentele, „ar putea să împușcă aceste particule pe rând și să măsoare cu adevărat cât de repede merg și cât de tare au lovit", spune Schuh. Tragând particulele la viteze din ce în ce mai mari, apoi le deschidea pentru a vedea cum a evoluat structura granulelor, până la scara nanometrică, folosind o varietate de tehnici sofisticate de microscopie la instalația MIT.nano, în colaborare cu specialiști în microscopie.< /p>
Rezultatul a fost descoperirea a ceea ce Schuh spune că este o „căi nouă” prin care se formează boabele la scara nanometrică. Noua cale, pe care o numesc recristalizare asistată de nano-înfrățire, este o variație a unui fenomen cunoscut în metale numit înfrățire, un tip particular de defect în care o parte a structurii cristaline își schimbă orientarea. Este o „întorsătură cu simetrie în oglindă și ajungi să obții aceste modele cu dungi în care metalul își schimbă orientarea și se întoarce din nou, ca un model în oase”, spune el. Echipa a descoperit că cu cât este mai mare rata acestor impacturi, cu atât mai mult a avut loc acest proces, ceea ce a condus la boabe din ce în ce mai mici pe măsură ce acei „gemeni” la scară nanometrică s-au rupt în noi granule de cristal.
În experimentele pe care le-au făcut folosind cupru, procesul de bombardare a suprafeței cu aceste particule minuscule la viteză mare ar putea crește rezistența metalului de aproximativ zece ori. „Aceasta nu este o schimbare mică a proprietăților”, spune Schuh, iar acest rezultat nu este surprinzător, deoarece este o extensie a efectului cunoscut de întărire care vine de la loviturile de ciocan ale forjarii obișnuite. „Acesta este un fel de fenomen de hiperforjare despre care vorbim.”
În experimente, aceștia au putut aplica o gamă largă de imagini și măsurători exact aceleași particule și impact. site-uri, Schuh spune: „Așadar, ajungem să obținem o vedere multimodală. Obținem lentile diferite pe aceeași regiune și material exact, iar când le puneți toate împreună, aveți doar o bogăție de detalii cantitative despre ceea ce se întâmplă că un o singură tehnică nu ar oferi.”
Deoarece noile descoperiri oferă îndrumări despre gradul de deformare necesar, cât de repede are loc acea deformare și temperaturile de utilizat pentru un efect maxim pentru orice metal specific sau metode de procesare, acestea pot fi aplicate direct imediat la producția de metale din lumea reală, spune Tiamiyu. Graficele pe care le-au produs în urma lucrărilor experimentale ar trebui să fie aplicabile în general. „Nu sunt doar linii ipotetice”, spune Tiamiyu. Pentru orice metale sau aliaje date, „dacă încercați să determinați dacă se vor forma nanogranule, dacă aveți parametrii, introduceți-le acolo” în formulele pe care le-au dezvoltat, iar rezultatele ar trebui să arate ce fel de structură de cereale poate fi așteptate de la ratele de impact date și temperaturile date.
Comentarii:
Adauga Comentariu