Un equipo de ingenieros ha desarrollado y probado un tipo de acero con una capacidad récord para resistir un impacto sin deformarse permanentemente. La nueva aleación de acero podría usarse en una amplia gama de aplicaciones, desde brocas hasta armaduras corporales parasoldados, a cubiertas resistentes a los meteoritos para satélites.
El material es una aleación de acero amorfo, una prometedora subclase de aleaciones de acero hechas de arreglos de átomos que se desvían de la estructura cristalina clásica del acero, donde los átomos de hierro ocupan lugares específicos.
Los investigadores buscan cada vez más el acero amorfo como fuente de nuevos materiales que sean asequibles de fabricar, increíblemente duros, pero al mismo tiempo, no frágiles. Los investigadores creen que su trabajo en la aleación de acero, llamada SAM2X5-630, es elprimero para investigar cómo los aceros amorfos responden al choque.
Según los investigadores, SAM2X5-630 tiene el límite elástico más alto registrado para cualquier aleación de acero, esencialmente el umbral más alto en el que el material puede resistir un impacto sin deformarse permanentemente. La aleación puede resistir presiones y tensiones de hasta 12.5 giga-Pascales o aproximadamente 125,000 atmósferas sin sufrir deformaciones permanentes.
Los investigadores, de la Universidad de California, San Diego, la Universidad del Sur de California y el Instituto de Tecnología de California, describen la fabricación y prueba del material en un número reciente de Nature Informes científicos .
"Debido a que estos materiales están diseñados para soportar condiciones extremas, puede procesarlos en condiciones extremas con éxito", dijo Olivia Graeve, profesora de ingeniería mecánica en la Escuela de Ingeniería Jacobs en UC San Diego, quien dirigió el esfuerzo de diseño y fabricación.Veronica Eliasson, profesora asistente en la USC, dirigió los esfuerzos de prueba.
Para hacer los materiales sólidos que comprenden la aleación, Graeve y su equipo mezclaron polvos metálicos en un molde de grafito. Los polvos se presurizaron a 100 megapascales, o 1000 atmósferas, y se expusieron a una poderosa corriente de 10,000 amperios a 1165° F 630 ° C durante un proceso llamado sinterización por plasma de chispa.
La técnica de sinterización por plasma de chispa permite un enorme ahorro de tiempo y energía, dijo Graeve. "Puede producir materiales que normalmente toman horas en un entorno industrial en solo unos minutos", dijo.
El proceso creó pequeñas regiones cristalinas que tienen un tamaño de unos pocos nanómetros, con toques de estructura, que los investigadores creen que son clave para la capacidad del material de resistir el estrés. Este hallazgo es prometedor porque muestra que las propiedades de estos tipos de metalesLas gafas se pueden ajustar para superar las deficiencias, como la fragilidad, que han impedido que sean comercialmente aplicables a gran escala, dijo Eliasson.
Los investigadores de USC probaron cómo la aleación responde a los golpes sin sufrir deformaciones permanentes al golpear muestras del material con placas de cobre disparadas desde una pistola de gas a 500 a 1300 metros por segundo. El material se deformaba en el impacto, pero no permanentemente.
El límite elástico de Hugoniot el impacto máximo que puede soportar un material sin deformarse irreversiblemente de una pieza de SAM2X5-630 de 1,5-1,8 mm de espesor se midió a 11,76 ± 1,26 gigapascales.
En comparación, el acero inoxidable tiene un límite elástico de 0.2 giga-Pascales, mientras que el del carburo de tungsteno una cerámica de alta resistencia utilizada en armaduras militares es de 4.5 giga-Pascales. Esto no quiere decir que SAM2X5-630 tengael límite elástico más alto de cualquier material conocido; los diamantes superan la friolera de 60 gigapascales, simplemente no son prácticos para muchas aplicaciones del mundo real ". El hecho de que los nuevos materiales funcionaran tan bien bajo cargas de choque fue muy alentadory debería conducir a muchas oportunidades de investigación en el futuro ", dijo Eliasson.
El objetivo principal de los futuros esfuerzos de investigación en estas aleaciones es aumentar el peso de los materiales para hacerlos más resistentes a los impactos.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de California - San Diego . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :