dimecres, 6 de juny de 2018

L'estrès residual de materials

Investigadors de la Universitat de Virgínia (UVA) utilitzen neutrons per explorar treballs fonamentals en mapes d'estrès residual que prometen una ciència més precisa, seguint el camí del Laboratori Nacional d'Oak Ridge (ORNL), a Tennessee i d'altres instal·lacions similars a tot el món.

L'estrès residual de materials

Dirigit per Sean Agnew, el grup pretén obtenir reflexions més precises sobre els nivells d'estrès concentrat en un material que utilitza la difracció de neutrons. Les tensions residuals són tensions que romanen dins d'un material sòlid, fins i tot després de la causa original de l'estrès, que s'elimina. Aquest tipus de tensió es pot produir a través d'una varietat de mecanismes, com deformacions inelàstiques, gradients de temperatura o canvis estructurals.
Utilitzant l'instrument de Neurofàsic de l'Estrès Residual de Neutron en el reactor d'isotopos d'alt flux de l'ORNL, la línia HFIR HB-2B, els investigadors poden estudiar tensions residuals en acer, alumini, superalègies i altres materials estructurals. La investigació de l'equip proporcionarà informació sobre la precisió de les mesures de cartografia d'estrès residual en aquests materials quan el feix de neutrons ha de recórrer grans distàncies a través de la mostra. Els membres de l'equip inclouen Robert Klein de UVA, Matthew Steiner (ara amb la Universitat de Cincinnati) i John Einhorn (ara amb National Grid).
El que interessa, amb mapes d'estrès residuals, és aconseguir els mesuraments més precisos possibles. Així que s'obté un feix de neutrons molt petit que es localitza a l'interior de la mostra, i es mapegen els canvis en l'espai entre xarxes que corresponen a l'estrès del material.

L'estrès residual de materials

Un dels experiments que es van realitzar va consistir en mapejar l'estat d'estrès residual resultant del càsting. Quan es fon un metall, es refreda des de l'exterior, per la qual cosa l'exterior es solidifica mentre l'interior encara es fon. Donat a que l'interior vol reduir-se a mesura que es refreda, posa en estrès l'exterior. L'exterior ara s'extreu per provar i coincideix, i això és el que genera les tensions residuals.
Els investigadors són especialment curiosos si algun artefacte instrumental està produint canvis en els mesuraments de la posició màxima que es podrien interpretar erròniament com a estrès. Aquest tipus de discrepàncies solen aparèixer en materials molt absorbents com l'urani, quan la ubicació de la mesura és profunda dins del material i en condicions específiques en què el pico de difracció es desplaça a causa de la pèrdua del senyal provinent. Cal saber això perquè es puguin restar els efectes instrumentals per obtenir el nivell d'estrès real en el material.
L'equip de recerca va realitzar una sèrie d'experiments explorant la naturalesa d'un petit canvi en els mesuraments de l'instrument HB-2B que es correlacionaven amb les distàncies recorregudes pel feix de neutrons a través de la mostra. Com que un feix de neutrons passa a través d'un material, parts de l'espectre de longitud d'ona s'absorbeixen més unes que unes altres, això fa creure que provoquen un canvi en la mesura de l'instrument. per això, s'està intentant esbrinar el motiu i quantificar la quantitat de longitud d'ona que s'absorbeix.
Les dades resultants d'aquesta investigació tindran un gran impacte científic i d'enginyeria, validant dades prèviament obtingudes de determinats materials de l'instrument HB-2B i les correccions calculades manuals. Aquest treball portarà directrius millorades per als científics que treballen en la línia HB-2B, que desitgen mesurar els paràmetres de retícula de mostres grans que requereixen longituds o profunditats significatives en la longitud de la mostra.

L'estrès residual de materials

És un experiment important, i l'impacte que tindrà conduirà a una ciència més precisa en l'instrument HB-2B. Els desenvolupaments posteriors permeten eines de programari analític que alerten als investigadors a situacions en què certes combinacions de condicions de mostra i difracció suposen problemes potencials i, en alguns casos, proporcionen correccions de dades per millorar la precisió.
Els resultats de la investigació de l'equip es van publicar al Journal of Applied Cristalogography.

Font: Laboratori Nacional Oak Ridge

Cap comentari:

Publica un comentari a l'entrada

Aquest és un blog amb moderador dels comentaris. Per tant, no apareixen immediatament