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#News
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Microfratture di resistenza da affaticamento di metallo
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Il nanostructure laminato novello dà la resistenza del tipo di osso d'acciaio alla frattura nell'ambito dello sforzo ripetuto
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Un gruppo dei ricercatori al MIT e nel Giappone ed in Germania ha trovato un modo notevolmente ridurre gli effetti di affaticamento di metallo incorporando un nanostructure laminato nell'acciaio. La struttura stratificata dà all'acciaio un genere di resilienza del tipo di osso, permettendo che deformi senza permettere la diffusione delle microfratture che possono condurre a rottura a fatica.
L'affaticamento di metallo può condurre a brusco ed i guasti a volte catastrofici in parti che subiscono hanno ripetuto il caricamento, o lo sforzo. È una causa importante di guasto nelle componenti strutturali di tutto dagli aerei e dal veicolo spaziale ai ponti ed alle centrali elettriche. Di conseguenza, tali strutture sono sviluppate tipicamente con gli ampi margini di sicurezza che aggiungono ai costi.
I risultati sono descritti in un articolo nella scienza del giornale dal C. Cem Tasan, Thomas B. King Career Development Professor di metallurgia al MIT; Meimei Wang, un postdoc nel suo gruppo; e sei altri all'università di Kyushu nel Giappone e Max Planck Institute in Germania.
«I carichi sulle componenti strutturali tendono ad essere ciclici,» Tasan dice. Per esempio, un aeroplano passa ripetutamente attraverso i cambiamenti ripetuti di pressurizzazione durante l'ogni volo e le componenti di molti dispositivi espandere e contrarre dovuto i cicli di riscaldamento e di raffreddamento. Mentre tali effetti sono tipicamente lontani sotto i generi di carichi che indurrebbero i metalli a deformare permanentemente o venire a mancare immediatamente, possono causare la formazione di microfratture, che sopra i cicli ripetuti della diffusione di sforzo un poco ulteriore e più ampio, infine creare abbastanza di un'area debole che l'intero pezzo può fratturare improvvisamente.
ispirato da natura
Tasan ed il suo gruppo erano a proposito natura ispirata indirizza lo stesso genere di problema, rendente le ossa leggere ma molto resistenti a propagazione di cricca. Un fattore principale nella resistenza della frattura dell'osso è la sua struttura meccanica gerarchica, con differenti modelli dei vuoti e dei collegamenti a molte scale differenti di lunghezza e una struttura interna del tipo di grata che combina la forza con il peso leggero.
Così il gruppo ha studiato le microstrutture che avrebbero imitato questa in una lega del metallo, sviluppanti un genere di acciaio che ha tre caratteristiche chiave, che si combinano per limitare la diffusione delle crepe che fanno la forma:
Una struttura stratificata che tende a tenere le crepe dalla diffusione oltre gli strati dove cominciano.
Fasi microstrutturali con differenti gradi di durezza, che si complementano, in modo da quando una crepa comincia formarsi, «ogni volta che vuole propagarsi più ulteriormente, deve seguire un percorso energia-intensivo,» ed il risultato è una grande riduzione di tale diffusione.
Una composizione metastabile — le aree minuscole all'interno di sono bilanciate fra gli stati stabili differenti, un po'più di flessibile che altri e le loro transizioni di fase possono contribuire ad assorbire l'energia delle crepe di diffusione e perfino a condurre le crepe per chiudere l'appoggio.
Il punto seguente, Tasan dice, è di riportare in scala sul materiale alle quantità che potrebbero essere commercializzate e definisce le quali applicazioni si avvantaggierebbero più.
La ricerca è stata sostenuta dal consiglio della ricerca europeo e dal dipartimento del MIT di scienza e di ingegneria dei materiali.
Estratto di resistenza del tipo di osso della crepa in acciai metastabili gerarchici del nanolaminate
Le rotture a fatica creano i rischi enormi per tutte le strutture costruite come pure per le vite umane, motivanti i grandi fattori di sicurezza nella progettazione e, così, nell'uso inefficiente delle risorse. Ispirato dalla durezza eccellente di frattura dell'osso, abbiamo esplorato la resistenza di affaticamento in acciai multifasi metastability-assistiti. Indichiamo qui che quando le microstrutture d'acciaio sono gerarchiche e laminate, simile alla sottostruttura dell'osso, la resistenza superiore della crepa possiamo essere realizzati. I nostri risultati rivelano che sintonizzando la struttura dell'interfaccia, la distribuzione e la stabilità di fase per attivare simultaneamente i micromechanisms multipli che resistono alla propagazione di cricca è chiave per il salto osservato nella risposta meccanica. Le proprietà eccezionali hanno permesso a da questa strategia di fornire l'orientamento per tutti gli sforzi affaticamento-resistenti di progettazione della lega.