Revelando nuevos conocimientos sobre cómo los materiales se "fatigan" y fallan, una nueva técnica de análisis de rayos X muestra claramente al culpable: regiones cristalinas raras, anormalmente grandes. Con el uso repetido, los materiales experimentan un proceso de deformación llamado fatiga. La fatiga puede interrumpirla disposición de los átomos en el material. Los átomos a menudo están dispuestos en pequeñas regiones cristalinas, llamadas granos. La fatiga puede causar que muy pocos de estos granos crezcan sustancialmente, hasta 10-100 veces su tamaño original.
Los granos resultantes son débiles, lo que hace que el material se rompa más fácilmente. Encontrar y aislar eventos de crecimiento tan raros es difícil y ha dificultado la comprensión de este fenómeno. Con esta nueva técnica, los científicos pueden detectar algunos granos grandes en un mar degranos pequeños y estudie los fenómenos de crecimiento de granos grandes inducidos por la fatiga.
Una debilidad de las técnicas de caracterización convencionales es la cantidad limitada de material que se puede estudiar. Es como tratar de comprender un bosque mirando una hoja. Este nuevo método puede detectar defectos extremadamente raros en un volumen mucho mayor.los eventos pueden resultar en la identificación del "eslabón débil" en un material que de otro modo sería fuerte. Esta nueva comprensión podría conducir a esquemas de estabilización para aceros eléctricos avanzados y metales nanocristalinos que sean impermeables o altamente resistentes al inicio de grietas por fatiga. Estos metales impermeables podrían ayudar a salvar algunoslos millones de dólares que pierde la economía de EE. UU. por la ruptura de materiales durante el uso repetido.
Las técnicas convencionales de microscopía electrónica de transmisión y metalografía examinan una cantidad limitada de material en las muestras. En consecuencia, estas técnicas tienen una capacidad limitada para detectar eventos raros que pueden afectar el rendimiento mecánico. Por ejemplo, puede producirse un crecimiento de grano anormalmente grande debido a la fatigaen iniciación de grietas y falla de metales nanocristalinos.
Por primera vez, un método de difracción de rayos X ha identificado algunos granos grandes en un mar de millones de granos más pequeños en una aleación a base de níquel. Es como encontrar una aguja en un pajar de cristal. En busca de algunosLos investigadores de Sandia National Laboratories analizaron datos de rayos X sincrotrón previamente recolectados de un metal sospechoso de crecimiento de grano preexistente inducido por fatiga.
Sorprendentemente, el metal fatigado exhibió picos estadísticamente relevantes en los anillos de difracción obtenidos de los policristales sólido compuesto de muchos cristales orientados al azar. La verdadera prueba llegó cuando in situ la prueba de fatiga se realizó en una aleación. Los datos analizados por métodos convencionales eran indistinguibles antes y después de la fatiga. Sin embargo, este nuevo método reveló picos en el patrón de difracción de rayos X de transmisión, lo que indica que la fatiga condujo a un crecimiento anormalmente grande del grano.Un nuevo método para detectar defectos extremadamente raros en un volumen mucho mayor podría ayudarnos a comprender y estabilizar los enlaces más débiles en los materiales.
Este trabajo fue apoyado por el Departamento de Energía de EE. UU. DOE, la Oficina de Ciencia, la Oficina de Ciencias Básicas de Energía y la Fuente de Luz de Radiación Sincrotrón Stanford experimentos de difracción de rayos X, una Instalación de Usuario de la Oficina de Ciencia del DOE.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Departamento de Energía, Oficina de Ciencia . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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