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#Neues aus der Industrie
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Widerstehende Mikrorisse von der Metallermüdung
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Neue lamellierte Nanostruktur gibt Knochen ähnlichen Stahlwiderstand zum Zerbrechen unter wiederholtem Druck
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Ein Forscherteam an MIT und in Japan und in Deutschland hat eine Weise gefunden, die Effekte der Metallermüdung groß zu verringern, indem es eine lamellierte Nanostruktur in den Stahl enthielt. Die überlagerte Strukturierung gibt dem Stahl eine Art Knochen ähnliche Beweglichkeit und lässt sie sich verformen, ohne die Verbreitung von Mikrorissen zu erlauben, die zu Ermüdungsausfall führen können.
Metallermüdung kann zu plötzliches führen und manchmal wiederholten katastrophale Versagen in den Teilen, die durchmachen, Laden oder Druck. Es ist eine Hauptursache des Ausfalls in den Bauteilen von alles von Flugzeuge und Raumfahrzeug zu Brücken und Kraftwerke. Infolgedessen werden solche Strukturen gewöhnlich mit breiten Sicherheitsspannen errichtet, die Kosten hinzufügen.
Die Ergebnisse werden in einem Papier in der Zeitschrift Wissenschaft durch C. Cem Tasan, Thomas B. King Career Development Professor von Metallurgie an MIT beschrieben; Meimei Wang, ein postdoc in seiner Gruppe; und sechs andere an Kyushu-Universität in Japan und in Max Planck Institute in Deutschland.
„Lasten auf Bauteilen neigen, zyklisch zu sein,“ sagt Tasan. Zum Beispiel läuft ein Flugzeug wiederholte Druckregulierungsänderungen während jedes Fluges und Komponenten vieler Geräte, wiederholt Vertrag wegen durch der Heizungsund abkühlenden Zyklen zu erweitern und abzuschließen. Während solche Effekte gewöhnlich unterhalb der Arten von Lasten weit sind, die Metalle veranlassen würden, dauerhaft sich zu verformen oder sofort auszufallen, sie können die Bildung von Mikrorissen, die verursachen über wiederholten Lastwechseln ein weiteres und breiteres wenig verbreiten und schließlich genug schaffen von einem schwachen Bereich, dass das ganze Stück plötzlich zerbrechen kann.
Natur-inspiriert
Tasan und sein Team waren angespornte übrigens Natur adressiert die gleiche Art des Problems und stellten Knochen leicht aber sehr beständig gegen Sprungsausbreitung her. Ein bedeutender Faktor in der Bruchfestigkeit des Knochens ist seine hierarchische mechanische Struktur, mit verschiedenen Mustern von Lücken und von Verbindungen an vielen verschiedenen Längenskalen und eine Gitter ähnliche interne Struktur, die Stärke mit Leichtgewichtler kombiniert.
So forschte das Team die Mikrostrukturen, die dieses in einer Metalllegierung nachahmen würden nach und entwickelte eine Art Stahl, der drei Schlüsseleigenschaften hat, die kombinieren, um die Verbreitung von Sprüngen zu begrenzen, die Form tun:
Eine Sandwich-Struktur, die neigt, Sprünge vom Verbreiten über den Schichten hinaus zu halten, in denen sie beginnen.
Mikrogefüge- Phasen mit verschiedenen Härtegraden, die sich ergänzen, also wenn ein Sprung beginnt sich zu bilden, „, jedes Mal wenn es weiter fortpflanzen möchte, er einem energie-intensiven Weg folgen muss,“ und das Ergebnis ist eine große Reduzierung in solchem Verbreiten.
Eine metastabile Zusammensetzung — kleine Bereiche innerhalb sie werden zwischen verschiedenen stabilen Zuständen, mehr flexibles als andere balanciert, und ihre Phasenübergänge können helfen, die Energie von ausgebreiteten Sprüngen zu absorbieren und die Sprünge sogar zu führen, um Unterstützung zu schließen.
Nächster Schritt, sagt Tasan, ist, das Material zu den Quantitäten oben einzustufen, die in den Handel gebracht werden konnten und definiert, welche Anwendungen höchst fördern würden.
Die Forschung wurde durch den Europäischen Forschungsrat und Abteilung MITs der Material-Wissenschaft und der Technik gestützt.
Zusammenfassung der Knochen ähnlichen Rissbeständigkeit in hierarchischen metastabilen nanolaminate Stahlen
Ermüdungsausfälle schaffen enorme Risiken für alle ausgeführten Strukturen sowie für Menschenleben und so motivieren große Sicherheitsfaktoren im Entwurf und im ineffizienten Gebrauch von Betriebsmitteln. Angespornt durch die ausgezeichnete Bruchhärte des Knochens, erforschten wir die Ermüdungsfestigkeit in metastability-unterstützten Mehrphasen- Stahlen. Wir zeigen hier dass, wenn Stahlmikrostrukturen hierarchisch und lamelliert sind, ähnlich dem Fundament des Knochens, überlegene Rissbeständigkeit können verwirklicht werden. Unsere Ergebnisse decken auf, dass, die Schnittstellenstruktur, die Verteilung und die Phasenstabilität abstimmend, um mehrfache micromechanisms gleichzeitig zu aktivieren, die widerstehen, Sprungsausbreitung für den beobachteten Sprung in der mechanischen Antwort Schlüssel ist. Die außergewöhnlichen Eigenschaften ermöglichten durch diese Strategie, Anleitung für alle Ermüdung-beständigen Legierungsentwurfsbemühungen zur Verfügung zu stellen.