جدید
5
دقیقه مطالعه
5 / 5
  • دسته بندی تازه های علمی
  • تاریخ انتشار 5 سال پیش
  • بازدید 367 نفر
  • دیدگاه ها 0 دیدگاه
  • نویسنده حسين يعقوبي
بعدا میخونم

آلیاژ جدید،تحت کرنش،رازهایی را برملا می کند!

new alloy

آلیاژ جدید،تحت کرنش،رازهایی را برملا می کند!

[box type=”shadow” align=”alignright” ]

گروهی از پژوهشگران به سرپرستی دانشمندانی از آزمایشگاه ملی لارنس برکلی وابسته به وزارت انرژی ایالات متحده، متوجه مکانیزم­های متعددی شده­اند که باعث ایجاد یک ماده جدید سرما­دوست و یکی از چقرمه­ترین آلیاژهای فلزی تا کنون شده است.

[/box]

[box type=”success” width=”1024″ ]تهیه و ترجمه از گروه ترجمه ایران مواد

حرفه ای ترین تیم ترجمه مهندسی مواد ایران

www.iran-mavad.com/trans

[/box]

برای دانستن رازهای این ماده  این گروه تحقیقاتی، آلیاژ را با میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) در هنگام اعمال کرنش به ماده مطالعه نمودند. تصاویر نشان داد که چندین مکانیزم در مقیاس نانو، یکی پس از دیگری در آلیاژ فعال می­ شوند که همراه با هم در مقابل گسترش آسیب مقاومت می­کنند. در میان این مکانیزم­ ها، پل­ه ایی هستند که در عرض ترک­ها برای جوگیری از انتشار آنها تشکیل می­ شوند. این  پل­ سازی روی ترک، یک مکانیزم مرسوم چقرمه سازی در کامپوزیت­ها و سرامیک ­هاست اما غالبا در فلزات تقویت نشده، دیده نمی ­شود.

یافته­ های آنها می­تواند پژوهش­ های آینده را به سمت طراحی موادی فلزی با تلرانس آسیب نامنطبق هدایت نماید. این پژوهش در نشریه Nature Communications موجود است.

در علم مواد، چقرمگی، مقاومت یک ماده را در برابر شکست توصیف می­کند در حالی ­که استحکام، مقاومت یک ماده در برابر تغییرشکل است. اینکه یک ماده هم بسیار چقرمه باشد و هم مستحکم بسیار نادر است اما CrMnFeCoNi یک آلیاژ عادی نیست. این آلیاژ یک ستاره در میان کلاس جدید آلیاژهای توسعه یافته در حدود یک دهه قبل است که دارای 5 عنصر یا بیشتر با مقدارهای تقریبا برابر است. در مقابل، بیشتر آلیاژهای معمولی یک عنصر غالب دارند. این آلیاژهای چندجزئی جدید آلیازهای با آنتروپی بالا نامیده می­شوند زیرا عمدتا از یک فاز محلول­ جامد ساده تشکیل می­شوند و بنابراین آنتروپی اختلاط بالایی دارند.

آلیاژهای با آنتروپی بالا موصوعی داغ در پژوهش مواد هستند اما تنها به تازگی به مقدار مناسبی پژوهش درباره انها انجام شده است. در 2014، ریچی و همکارانش دریافتند که در دماهای بسیار کم، هنگامی CrMnFeCoNi که تغییرشکل می­ دهد، پدیده­ای بنام دوقلویی رخ می­دهد که در آن مناطق بلوری همسایه، آرایشی آینه ­ای نسبت به یکدیگر تشکیل می­ دهند. دوقلویی احتمالا در چقرمگی و استحکام شگفت ­انگیز آلیاژ نقش ایفا می­کند. اما دوقلویی بطور گسترده­ای در این آلیاژ در دمای اتاق یافته نمی­ شود (به­جز در پل­های روی ترک) در حالی­ که چقرمگی و استحکام آلیاژ هم­چنان، تقریبا بسیار بالا است.

ریچی می­پرسد: اگر ما دوقلویی را در دمای اتاق نمی­بینیم پس چه مکانیزم­های دیگری باعث این خواص شگفت ­انگیز در آلیاژ می­شوند؟ برای یافتن پاسخ، دانشمندان آلیاژ را در معرض آزمایش­های کرنش­گذاری متعددی در دمای اتاق قرار دادند و از TEM برای مشاهده اتفاقات استفاده کردند.

تصویربرداری در مرور زمان، دو پدیده مربوط به تنش برشی را نشان دادند: حرکت آهسته نابجایی­های کامل که باعث استحکام ماده می­شوند و حرکت سریع نابجایی­های جزئی که داکتیلیته را بهبود م ی­دهند. انها هم­چنین پدیده­ای درباره نابجایی­های جزئی با عنوان ” عیوب نقص چیدمان سه بعدی” مشاهده نمودند که شامل تغییراتی در آرایش سه بعدی اتم­ ها در آلیاژ می­ شود. این نقایص مانند قرار دادن یک توده­ای آجر در برابر یک شکاف در حال رشد، مانع بزرگی برای نابجایی­ ها هستند و آلیاژ را سخت می­ کنند.

تصاویر هم­چنین نسخه نانومقیاسی از جویدن یک تافی دهان­پرکن که باعث جسبیدن دندان­ها به یکدیگر می­شود، بدست آوردند: در برخی موارد، پل­های کوچک تغییرشکل یافته توسط دوقلویی در عرض یک ترک ایجاد می­ شوند که به جلوگیری از پهن­تر شدن ترک کمک می­ کنند. ریچی می­گوید: این پل­ها در سرامیک­ها و کامپوزیت­ های تقویت­شده مرسوم هستند. پژوهش ما نشان داد که همه این مکانیزم­ ها در مقیاس نانو با هم عمل می­کنند تا باعث چقرمگی و استحکام آلیاژ شوند.

[box type=”info” align=”alignright” width=”1124″ ]منبع : newscenter.lbl.gov

ترجمه : محسن حاجی زمانی [/box]

[divider]

New alloy reveals secrets when put under strain

A team of researchers led by scientists from the US Department of Energy’s Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) has identified several mechanisms that make a new, cold-loving material one of the toughest metallic alloys ever.

The alloy is made of chromium, manganese, iron, cobalt and nickel, so scientists refer to it as CrMnFeCoNi. It’s exceptionally tough and strong at room temperature, which translates into excellent ductility, tensile strength and resistance to fracture. And unlike most materials, the alloy becomes tougher and stronger the colder it gets, making it an intriguing possibility for use in cryogenic applications such as storage tanks for liquefied natural gas.

To learn its secrets, the Berkeley Lab-led team studied the alloy with transmission electron microscopy (TEM) as it was subjected to strain. The images revealed several nanoscale mechanisms that activate in the alloy, one after another, which together resist the spread of damage. Among the mechanisms are bridges that form across cracks to inhibit their propagation. Such crack bridging is a common toughening mechanism in composites and ceramics but is not often seen in unreinforced metals.

Their findings could guide future research aimed at designing metallic materials with unmatched damage tolerance. The research appears in a paper in Nature Communications.

“We analyzed the alloy in earlier work and found spectacular properties: high toughness and strength, which are usually mutually exclusive in a material,” says Robert Ritchie, a scientist with Berkeley Lab’s Materials Sciences Division who led the research with Qian Yu of China’s Zhejiang University and several other scientists. “So in this research, we used TEM to study the alloy at the nanoscale to see what’s going on.”

In materials science, toughness describes a material’s resistance to fracture, while strength describes a material’s resistance to deformation. It’s very rare for a material to be both highly tough and strong, but CrMnFeCoNi isn’t a run-of-the-mill alloy. It’s a star member of a new class of alloys developed about a decade ago that contains five or more elements in roughly equal amounts. In contrast, most conventional alloys have one dominant element. These new multi-component alloys are called high-entropy alloys because they consist primarily of a simple solid solution phase, and therefore have a high entropy of mixing.

High-entropy alloys are a hot topic in materials research, but have only recently been available in a suitable quality for study. In 2014, Ritchie and colleagues found that at very cold temperatures, when CrMnFeCoNi deforms, a phenomenon called ‘twinning’ occurs, in which adjacent crystalline regions form mirror arrangements of one another. Twinning likely plays a part in the alloy’s incredible toughness and strength. But twinning isn’t extensively found in the alloy at room temperature (except in the crack bridges), yet the alloy’s toughness and strength is still almost off the charts.

“If we don’t see twinning at room temperature, then what other mechanisms give the alloy these amazing properties?” asks Ritchie. To find out, the scientists subjected the alloy to several straining experiments at room temperature, and used TEM to observe what happens.

Their time-lapse images revealed two phenomena related to shear stress: slow-moving perfect dislocations that give the material strength, and fast-moving partial dislocations that enhance ductility. They also saw a phenomenon involving partial dislocations known as ‘three-dimensional stacking fault defects’, which involves changes to the three dimensional arrangement of atoms in the alloy. These faults are big barriers to dislocation, like placing a stack of bricks in front of a growing fissure, and serve to harden the alloy.

The images also captured the nanoscale version of chewing a mouthful of toffee and having your teeth stick together: in some cases, tiny bridges deformed by twinning are generated across a crack, which help prevent the crack from growing wider. “These bridges are common in reinforced ceramics and composites,” says Ritchie. “Our research found that all of these nanoscale mechanisms work together to give the alloy its toughness and strength.”

This story is adapted from material from the Lawrence Berkeley National Laboratory, with editorial changes made by Materials Today. The views expressed in this article do not necessarily represent those of Elsevier. Link to original source.

آیا مقاله برای شما مفید بود ؟
5/ rateraterateraterate
5
0 نظر ثبت شده

مطالب مرتبط

دیدگاه کاربران