Los investigadores japoneses pudieron predecir de manera rápida y precisa la microestructura de las aleaciones de níquel-aluminio Ni-Al que se usan comúnmente en el diseño de piezas de turbinas de motores a reacción. Hasta ahora, las predicciones de la microestructura de estas aleacionesConsumidor y costoso. Los resultados tienen el potencial de avanzar mucho en el diseño de materiales, compuestos por una gama de aleaciones diferentes, que se utilizan para fabricar productos en varios sectores industriales diferentes.
Las aleaciones son materiales duraderos compuestos de dos o más metales. Las limitaciones actuales de alto costo y diseño de los procesos tradicionales de fabricación de aleaciones han impulsado la necesidad de crear métodos de diseño más eficientes. Un desafío clave ha sido cómo predecir con precisión la microestructura de una aleación la estructura a muy pequeña escala que solo es visible al microscopio, que puede influir en gran medida en las propiedades físicas, como la resistencia, la tenacidad, la resistencia a la corrosión, la dureza y / o la resistencia al desgaste.
Los autores pudieron predecir las microestructuras de aleación usando el "método de campo de fase del primer principio". Este procedimiento predice la microestructura de las aleaciones basadas únicamente en las leyes fundamentales de la física primeros principios y luego usa esos parámetros para modelar las formaciones de microestructuracampo de fase. Esto es contrario al modelado empírico, o predicciones basadas solo en experimentos u observaciones previas. Además, los investigadores realizaron sus experimentos de modelado a altas temperaturas que imitan los de las turbinas de motores a reacción ~ 1027 o C.
La investigación fue publicada en Comunicaciones de la naturaleza el 1 de agosto de 2019.
La búsqueda de nuevos materiales con propiedades deseables requiere una ingeniería de microestructura de los materiales basada en el cambio de varias variables, como composición, morfología, presión, temperatura, dopaje, fundición y forja.
Una técnica de simulación confiable que puede ayudar con el diseño y la producción de nuevos materiales basados únicamente en un principio teórico podría hacer que la producción sea más rápida y económica. Sin embargo, la mayoría de las teorías actuales del diseño de materiales son fenomenológicas y derivadas de observaciones experimentales y experiencias empíricasEstos son a la vez largos y caros.
Según los autores, lo que hace que el método de campo de fase de primeros principios sea tan ventajoso es que une los cálculos precisos a pequeña escala primeros principios y el modelo a gran escala campo de fase mediante la teoría de la renormalización, un concepto en físicaeso esencialmente hace que los infinitos grados de libertad sean finitos o las variables continuas sean discretas. En otras palabras, al usar su método, pudieron superar procedimientos experimentales costosos y lentos, y aún así producir materiales que estaban de acuerdo con los métodos experimentales.
"El método de campo de fase de primeros principios se inventó como la primera técnica innovadora de simulación multiescala del mundo. Utilizando este método, pudimos predecir con éxito microestructuras complejas de cualquier composición de aleaciones de Ni-Al a partir de primeros principios leyes básicas de la físicasin usar ningún parámetro empírico, y nuestros resultados concuerdan bastante bien con los experimentos ", dice Kaoru Ohno, autor correspondiente y profesor de la Universidad Nacional de Yokohama.
Ohno y coautores del Instituto Nacional para la Ciencia de los Materiales en Japón dicen que el método puede usarse para predecir la resistencia mecánica de las aleaciones porque las distribuciones de fuerza local, así como las microestructuras pueden calcularse fácilmente.
El método que presentan los autores también puede usarse para predecir microestructuras de aleaciones multicomponentes, o aleaciones compuestas de más de dos metales ". Estos estudios resaltan la naturaleza fundamental de los aceros y otras aleaciones que hasta ahora solo se han demostradobasado en observaciones empíricas. Como tal, el método propuesto es una poderosa herramienta teórica para predecir rápidamente la aleación más adecuada que puede obtener la resistencia, dureza, ductilidad, plasticidad, ligereza, etc., tanto como sea posible ", agrega Ohno.
En el futuro, los autores planean aplicar el método a varios materiales de acero y otras aleaciones multicomponentes para predecir la dependencia de las microestructuras y las distribuciones locales de tensión en sus composiciones iniciales y comprender mejor sus características.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Universidad Nacional de Yokohama . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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