Primeiras imagens 3D de rachaduras microscópicas em ligas

• Pela primeira vez, os pesquisadores desenvolvem uma técnica para capturar imagens 3D de rachaduras microscópicas em ligas à base de níquel causadas pela exposição ao hidrogênio ou à água.
• Ajudará o engenheiro a desenvolver microestruturas com vida útil estendida do material, economizando custos em reparos e substituições.

Microfraturas em ligas metálicas não podem ser vistas a olho nu, mas podem se estender a outras regiões quando expostas ao hidrogênio ou água, levando a sérios problemas em usinas nucleares, eletroquímicas, tecnologias de armazenamento de hidrogênio e estruturas como pontes e edifícios altos.

Normalmente, a fragilização por hidrogênio (HE) de ligas é denotada por fraturas inesperadas e perda de ductilidade que causam um espectro cada vez maior de falhas de material. Uma vez que a intensidade do HE aumenta com a resistência do metal, ligas avançadas (como a liga à base de níquel) são mais suscetíveis ao HE. Para prever e prevenir ES, é necessário ter um conhecimento detalhado de suas origens físicas.

Recentemente, pesquisadores do MIT e LLNL (Lawrence Livermore National Laboratory) desenvolveram uma técnica para capturar imagens tridimensionais de rachaduras microscópicas em ligas causadas pela fragilização por hidrogênio. Essas imagens podem ser usadas para detectar diferentes limites de grão ou orientações de estruturas microscópicas que podem desviar fraturas e evitar danos causados ​​por hidrogênio ou água.

Como eles fizeram isso?

A nova técnica - mapeamento da microestrutura 3D - se baseia em métodos de difração de raios X e tomografia baseados em síncrotron para analisar rachaduras de liga de níquel causadas por hidrogênio / água.

Se você deseja analisar precisamente como as rachaduras de metal se propagam, você precisa simular o problema em três dimensões. Além disso, você precisa ter dados suficientes sobre a morfologia da fissura e sua relação com a microestrutura.

Para realizar uma avaliação não destrutiva, os autores brilharam feixes de raios-X de alta intensidade em ligas de níquel trincadas. Eles colocaram uma câmera para capturar todos os feixes transmitidos e difratados. Em seguida, eles testaram centenas de milhares de orientações da estrutura microscópica e examinaram milhões de pontos.

Referência:Nature Communications | doi:10.1038 / s41467-018-05549-y | LLNL

Crédito da imagem:Dharmesh Patel / Texas A&M University

Ao alinhar dados com modelos físicos, eles transformaram os pontos de difração em uma imagem de microestrutura tridimensional. Esta imagem 3D mostra quais tipos de grãos de limite podem desviar rachaduras, e os resultados sugerem que BLIPS (limites com planícies de baixo índice) são resistentes a danos.

Como isso é útil?

A tecnologia pode trazer avanços para as técnicas de processamento de metal com o objetivo de impedir a propagação de trincas em ligas de níquel. Isso fortaleceria os materiais e aumentaria sua vida útil para componentes e estruturas.

Mais especificamente, poderia melhorar as previsões de respostas mecânicas de ligas HE. Limites de grão prejudiciais podem ser processados ​​enquanto ligas de engenharia para adicionar obstáculos para fraturas e impedi-los de crescer.

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Além disso, os dados obtidos a partir de imagens 3D ajudarão o engenheiro a desenvolver microestruturas eficazes com vida útil prolongada do material, economizando custos com reparos / substituições. Para aumentar a vida útil, a microestrutura deve ser processada com grandes quantidades de BLIPS, o que desviaria ou romperia melhor as rachaduras.