Los investigadores de la Universidad de Linköping han desarrollado un modelo teórico que permite simulaciones para mostrar lo que sucede en los materiales de corte duro a medida que se degradan. El modelo permitirá a la industria manufacturera ahorrar tiempo y dinero.
El modelo ha sido publicado en la revista científica de acceso abierto Materiales .
El nitruro de titanio y aluminio es un material cerámico comúnmente utilizado como recubrimiento para herramientas de corte de metal. Con la ayuda de una película delgada de nitruro de titanio y aluminio, el filo de una herramienta recubierta se vuelve más duro y la vida útil de la herramienta es más larga. AUna característica muy particular de la superficie recubierta es que se vuelve aún más dura durante el proceso de corte, un fenómeno que se conoce como endurecimiento por envejecimiento.
Kostas Sarakinos, profesor asociado de ciencias de los materiales en la Universidad de Linköping, describe el material como un caballo de batalla en la industria manufacturera.
Sin embargo, la aleación es sensible a altas temperaturas. Unos pocos minutos de operación de corte en un material verdaderamente duro somete el filo de la herramienta a una presión tan alta que se calienta a casi 900 grados o más. A temperaturas más altasa 700 grados, el material no sufre daños, pero comienza a degradarse a temperaturas más altas. El borde se ablanda y pierde nitidez.
Hasta ahora, nadie ha podido determinar qué sucede a nivel atómico dentro de la película delgada durante el proceso de corte. Solo ha sido posible simular parcialmente las propiedades de la combinación compleja de titanio, aluminio y nitrógeno, yno ha sido posible sacar conclusiones de los resultados.
Georgios Almyras, quien anteriormente trabajó como investigador postdoctoral en la División de Ingeniería a Nanoescala y ahora se mudó a Ericsson, Davide Sangiovanni de la División de Física Teórica, y Kostas Sarakinos, jefe de la División de Ingeniería a Nanoescala, lo han hecho después de cuatro años"El trabajo desarrolló un modelo teórico confiable que puede usarse para mostrar exactamente lo que sucede en el material, con una resolución de tiempo de picosegundos. Han utilizado el modelo recientemente desarrollado para simular eventos en el material, mostrando qué átomos se desplazan y las consecuencias que esto tiene paralas propiedades.
"Esto también significa que podemos desarrollar estrategias para detener la degradación, como alear los materiales o crear nanoestructuras especialmente diseñadas", dice Davide Sangiovanni.
Su modelo teórico calcula las fuerzas entre los átomos en el material. El modelo se basa en un método previamente conocido que se ha utilizado con éxito en sistemas de materiales simples. Sin embargo, las combinaciones complejas de materiales requieren cálculos que requieren mucho tiempo y que solo son posiblesen una supercomputadora. El grupo de investigación de LiU ha optimizado estos cálculos mediante la implementación de algoritmos de aprendizaje automático que son los predecesores de la inteligencia artificial.
La supercomputadora en el Centro Nacional de Supercomputadoras en LiU se ha utilizado para calcular alrededor de 40 aleaciones de los tres elementos titanio, aluminio y nitrógeno, mientras se observan varias propiedades del material. Los científicos compararon los resultados de los cálculoscon las propiedades conocidas de los materiales.
"El acuerdo es muy bueno", dice Kostas Sarakinos. "Es importante que hayamos calculado también las propiedades que conocemos, porque entonces podemos estar seguros de que los cálculos y las predicciones del modelo son confiables".
Los investigadores esperan que el método sea útil para empresas de la industria manufacturera, como Sandvik, ABB, Seco Tools, etc., que podrían ahorrar mucho dinero al desarrollar herramientas con mayor dureza y resistencia al desgaste.empresas con las que los investigadores de LiU tienen acuerdos de colaboración a largo plazo.
"Ahora podemos, por primera vez, realizar simulaciones clásicas a gran escala de estructuras atómicas en uno de los sistemas de materiales más utilizados para cortar y formar metales. Las simulaciones pueden considerar la resistencia al calor o las nanoestructuras, y pueden proporcionar importantesconocimiento de cómo se mueven los átomos. Los resultados nos ayudarán a evitar, o al menos retrasar, la degradación del material ", dice Kostas Sarakinos.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Linköping . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :