.
Uma equipe de cientistas do Ames National Laboratory e da Texas A&M University desenvolveu uma nova maneira de prever a ductilidade do metal. Essa abordagem baseada em mecânica quântica preenche a necessidade de uma maneira barata, eficiente e de alto rendimento para prever a ductilidade. A equipe demonstrou sua eficácia em ligas refratárias com vários elementos principais. Estes são materiais de interesse para uso em condições de alta temperatura, no entanto, eles frequentemente carecem da ductilidade necessária para aplicações potenciais na indústria aeroespacial, reatores de fusão e turbinas terrestres.
A ductilidade descreve o quão bem um material pode suportar a tensão física sem rachar ou quebrar. De acordo com Prashant Singh, cientista do Ames Lab e líder dos esforços de design teórico, atualmente não há maneiras robustas de prever a ductilidade do metal. Além disso, a experimentação de tentativa e erro é cara e demorada, especialmente em condições extremas.
Uma maneira típica de modelar átomos é com esferas rígidas que são simétricas. No entanto, Singh explicou que em materiais reais, os átomos têm tamanhos e formas diferentes. Ao misturar elementos com átomos de tamanhos diferentes, os átomos se ajustam continuamente para caber dentro do espaço fixo. Esse comportamento cria distorção atômica local.
A nova análise incorpora distorção atômica local para determinar se um material é frágil ou dúctil. Ele também expande as capacidades das abordagens atuais. “Eles [current approaches] não são muito eficientes em distinguir entre sistemas dúcteis e frágeis para pequenas mudanças de composição. Mas a nova abordagem pode capturar detalhes não triviais, porque agora adicionamos um recurso de mecânica quântica na abordagem que estava faltando”, disse Singh.
Outra vantagem desse novo método de teste de alto rendimento é sua eficiência. Singh explicou que pode testar milhares de materiais rapidamente. A velocidade e a capacidade permitem prever quais combinações de materiais valem a pena levar para o nível experimental. Isso minimiza o tempo e os recursos necessários para descobrir esses materiais por meio de métodos experimentais.
Para determinar o quão bem o teste de ductilidade funcionou, Gaoyuan Ouyang, um cientista do Ames Lab, liderou os esforços experimentais da equipe. Eles realizaram testes de validação em um conjunto de ligas refratárias de vários elementos principais (RMPEAs). Os RMPEAs são materiais com potencial para uso em ambientes de alta temperatura, como sistemas de propulsão aeroespacial, reatores nucleares, turbinas e outras aplicações energéticas.
Por meio de testes de validação, a equipe descobriu que “os metais dúcteis previstos sofreram deformação significativa sob alta tensão, enquanto o metal frágil rachou sob cargas semelhantes, confirmando a robustez do novo método de mecânica quântica”, disse Ouyang.
Esta pesquisa é discutida com mais detalhes no artigo “Uma métrica de ductilidade para ligas de elementos múltiplos com base em refratários”, escrito por Prashant Singh, Brent Vela, Gaoyuan Ouyang, Nicolas Argibay, Jun Cui, Raymundo Arroyave e Duane D. Johnson , e publicado em Acta Materialia.
O Laboratório Nacional Ames é um Departamento de Energia do Laboratório Nacional de Ciências do Departamento de Energia dos EUA, operado pela Iowa State University. O Ames Laboratory cria materiais inovadores, tecnologias e soluções energéticas. Usamos nossa experiência, recursos exclusivos e colaborações interdisciplinares para resolver problemas globais.
.
