Cientistas americanos descobrem que a liga de maior tenacidade ainda tem desempenho ultra-alto em frio extremo

O Laboratório Nacional de Berkeley, nos Estados Unidos, descobriu que uma liga composta de cromo, cobalto e níquel é o material mais duro com as propriedades mais resistentes à fratura. A imagem mostra o caminho da fratura em nanoescala e a deformação da estrutura cristalina que acompanha Liga CrCoNi durante o teste de estresse de 20 Kelvin. As rachaduras se expandem da esquerda para a direita

Com a crescente demanda pela exploração humana do espaço e de regiões extremas, as pessoas começaram a procurar materiais metálicos que pudessem ser usados ​​em baixas temperaturas. O Laboratório Nacional dos Estados Unidos descobriu uma liga composta de cromo, cobalto e níquel, que consegue manter tenacidade extremamente alta em temperaturas extremamente baixas e é atualmente a liga mais resistente do mundo.

O Laboratório Nacional Lawrence Berkeley e o Laboratório Nacional Oak Ridge, nos Estados Unidos, escreveram em conjunto os resultados desse experimento em um artigo, que será publicado na revista Science em dezembro de 2022. Esta pesquisa foi apoiada pelo Escritório de Ciências do Departamento de Energia dos EUA.

Os cientistas estudam ligas metálicas feitas de “cromo, cobalto e níquel” e “cromo, manganês, ferro, cobalto e níquel” em proporções iguais e testam seus valores de tenacidade à fratura. Observa-se que os valores de “cromo manganês ferro cobalto níquel” e “valores de tenacidade à fratura de cromo da liga “cobalto-níquel” a menos 253.15°C são 262 e 459 MPa-metros de raiz quadrada, respectivamente.

Além disso, verificou-se por meio de experimentos que o “Cromo-Cobalto-Níquel” exibiu uma tenacidade de crescimento de trinca superior a 540 MPa-metros quadrados após uma trinca estável de 2.25 mm. Os valores acima representam que a liga possui a maior tenacidade do mundo. Os cientistas também descobriram que a deformação do metal em baixas temperaturas e a deformação da estrutura em altas temperaturas têm resultados completamente diferentes.

Esta liga não é apenas extremamente dúctil, mas também extremamente maleável e, ao mesmo tempo, muito forte (quase permanentemente resistente à deformação). Além disso, a liga tem uma propriedade muito especial, sua resistência e ductilidade aumentarão à medida que a temperatura diminuir, o que é o oposto das propriedades da maioria dos materiais do mundo.

Uma liga feita de cromo, cobalto e níquel, que pertence ao tipo de liga de alta entropia, diferente de outras ligas gerais. A diferença é que outras ligas consistirão em uma alta proporção de um metal (por exemplo, ferro, ouro, prata ou cobre, etc.) e pequenas quantidades de outros elementos ou metais (por exemplo, aço inoxidável, ouro 18K, etc. .), mas ligas do tipo HEA, É feito misturando cada elemento em proporções quase iguais.

Essas ligas, nas quais quantidades iguais de cada elemento são misturadas, parecem dotar o material de “resistência” e “dutilidade” muito altas combinadas à “dureza” do metal quando submetido a tensões.

Eles descobriram que essas ligas não tinham uma microestrutura complexa quando a pressão era aplicada à temperatura ambiente, mas quando a pressão era aplicada em temperaturas extremamente baixas, a microestrutura começava a se tornar complexa. A cristalização na liga mudará de grãos redondos para tiras, com forte tendência de deformação plana e, finalmente, formará um conjunto de bandas de deformação cruzadas. Portanto, especula-se que essas mudanças permitem que o metal de liga aumente sua tenacidade.

“Originalmente, os átomos de metal nesta liga eram grãos lisos e simples, mas à pressão de baixa temperatura, eles aparecem Quando se deforma, começa a ter muitos obstáculos no interior, o que lhe confere um valor de tenacidade à fratura muito superior ao da maioria materiais”.

Andrew Jr., diretor do Centro de Microscopia Eletrônica do laboratório, acrescentou: “Quando um metal se deforma, sua estrutura se torna muito complexa, e essa transformação ajuda a explicar por que ele exibe essa resistência à fratura”.

Além disso, o professor Rich também disse: “Este material tem um valor de tenacidade à fratura de até 500 metros de raiz quadrada de MPa na temperatura do hélio líquido (-253.15 ° C)”.

O professor Rich explicou: “Se na mesma unidade, o valor de resistência à fratura de um pedaço de silício é de 1 M MPa por metro quadrado, o valor de resistência à fratura da fuselagem de liga de alumínio usada em aviões de passageiros é de 35 MPa por metro quadrado, e as melhores fraturas de aço Com um valor de tenacidade de 100 MPa metros de raiz quadrada, o valor exibido por esta liga é bastante surpreendente.”

No entanto, o professor Ritchie disse que, embora o desenvolvimento atual seja empolgante, ainda é muito cedo para ser prático. “Precisamos de mais tempo para entender melhor as propriedades desse material para que possamos colocá-lo em aplicações práticas no futuro e evitar acidentes que as pessoas não querem ver ao usá-lo.”

A redação informou que George e Ritchie, professores de engenharia do Oak Ridge National Laboratory, começaram a pesquisar ligas de cromo-cobalto-níquel uma década atrás, combinando o metal com manganês e liga de cromo-manganês-ferro-cobalto-níquel contendo ferro.

Quando colocaram o material na temperatura do nitrogênio líquido (-196°C) para observar as mudanças no metal, descobriram que a liga tinha uma tenacidade e resistência impressionantes. Para testar várias amostras nesta temperatura fria, eles levaram 10 anos para encontrar todos os tipos de pessoal e ferramentas e, finalmente, chegaram aos resultados experimentais.