یک استراتژی جدید برای جلوگیری از خرابی قطعات فلزی
یک استراتژی جدید برای جلوگیری از خرابی قطعات فلزی -خزش زمانی رخ می دهد که فلزی در دماهای بالا بسیار کمتر از قدرت تسلیم خود تحت فشار قرار گیرد.
خزش، یا تغییر شکل مواد وابسته به زمان، مسئول تعداد زیادی از خرابی اجزا در دماهای بالا است.
دانشمندان می دانند که حذف مرزهای دانه در مواد می تواند به فلزات در مقاومت در برابر خزش در دمای بالا کمک کند.
با این حال، گروهی از محققان با استفاده از شبکه‌های مرزی پایدار، استراتژی متفاوتی برای جلوگیری از خزش ایجاد کرده‌اند.
یافته های آنها در مجله Science منتشر خواهد شد.
استراتژی تیم برای افزایش دارایی اساساً با استراتژی های سنتی متفاوت است.
لی ژیویان، استاد موسسه تحقیقات فلزات، آکادمی علوم چین، می گوید: «رفتارهای شبکه های مرزی ممکن است به طور اساسی هشدار داده شود، زمانی که شل شدن ساختاری مرزهای دانه از طریق تعامل آنها با نابجایی های جزئی زیر اندازه دانه بحرانی ایجاد می شود.
این تیم با استفاده از روش جدید خود، مقاومت خزشی بی‌سابقه‌ای را به دست آورد که از ابرآلیاژهای معمولی بهتر بود.
ما دریافتیم که مرزهای دانه در آلیاژ تک فاز نانو دانه را می توان به طور موثر از طریق یک آرامش ساختاری تثبیت کرد، و عملکرد خزشی آلیاژ به طور قابل توجهی در دماهای بالا افزایش می یابد.
خزش یک مشکل پرهزینه است. تعداد زیادی از خرابی مواد و اجزاء در دماهای بالا به خزش یا ترکیب آن با سایر فرآیندهای تخریب نسبت داده می شود.
این خرابی ها سالانه میلیاردها دلار برای تعمیر و تعویض قطعات در دستگاه های پیشرفته هزینه می کند.
تقاضا برای بهره وری سوخت بالاتر و توربین های قابل اعتمادتر، راکتورهای هسته ای و دستگاه ها در صنایع شیمیایی همچنان در حال رشد است.
با این تقاضای رو به رشد، نیاز روزافزونی به بهبود مقاومت در برابر خزش در دمای بالا در آلیاژهای پیشرفته وجود دارد.
لی گفت: «توسعه سنتی آلیاژها برای کاربردهای در دمای بالا، در درجه اول به افزودن ماهرانه عناصر آلیاژی مختلف برای تقویت ماتریس یا رابط‌ها یا برای تشکیل رسوبات تقویت‌کننده تکیه می‌کند.
“چنین استراتژی با معضل بهبود محدود اموال با تشدید آلیاژسازی و افزایش هزینه مواجه است.”
مرزهای دانه، نقص در ساختار بلوری، رابط هایی هستند که در آن دو کریستال که جهت گیری های متفاوتی دارند به هم می رسند.
اگرچه عقل متعارف به حذف مرزهای دانه برای مقابله با مشکل خزش اشاره می کند، تیم تحقیقاتی پیشنهاد کردند که مرزهای دانه فراوانی را برای تشکیل شبکه های مرزی دانه پایدار در فلز به منظور مهار خزش با سرکوب انتشار اتمی و سخت شدن در دماهای بالا به طور همزمان معرفی کنند.
ایده اتخاذ این رویکرد از مطالعات اخیر در مورد آرامش مرز دانه در فلزات الهام گرفته شده است.
این تیم دریافتند که مرزهای دانه را می توان برای تقویت آلیاژها در دماهای بالا استفاده کرد، بر خلاف عقل مرسوم که همیشه آلیاژها را در دماهای بالا ضعیف می کنند.
مشخص است که مرزهای دانه در فلزات و آلیاژها معمولاً به عنوان یک “جزء ضعیف” در نظر گرفته می شوند، زیرا ممکن است در هنگام بارگیری در دماهای بالا مهاجرت کرده یا بلغزند.
لی گفت: «ما دریافتیم که مرزهای دانه در آلیاژ تک فاز نانوذره‌ای را می‌توان به طور مؤثری از طریق آرامش ساختاری تثبیت کرد و عملکرد خزشی آلیاژ در دماهای بالا به طور قابل‌توجهی افزایش می‌یابد.
متمایز از رویکرد سنتی آلیاژسازی، آرام سازی مرز دانه یک استراتژی جدید و پایدار برای پیشبرد خواص و عملکرد آلیاژها برای کاربردهای در دمای بالا ارائه می دهد.
با نگاهی به تحقیقات آینده، این تیم فضایی را برای افزایش پایداری با ایجاد شبکه‌های مرزی در فلزات و آلیاژها می‌بیند.
لی گفت: «بنابراین، گام بعدی این مطالعه، گسترش این اصل به سایر خانواده‌های آلیاژهای مهندسی برای کاربردهای با دمای بالا، از جمله آلیاژها و فولادهای مبتنی بر نیکل است.
این تیم قصد دارد برای ارتقای پایداری شبکه های مرزی دانه ها و آماده سازی نمونه های با اندازه بزرگ برای اندازه گیری خواص بیشتر و عملکرد در دماهای بالا، توسعه پردازش را انجام دهد.
لی گفت: «در نهایت امیدواریم کاربردهای صنعتی آلیاژهای مهندسی با کارایی بالا را با شبکه‌های مرزی دانه پایدار محقق کنیم.
