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Les chercheurs développent un alliage titanique plus fort

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Les chercheurs au ministère de l'énergie le laboratoire national du nord-ouest Pacifique (PNNL) ont créé un titane plus fort alliage-dans un développement qui pourrait mener chacun des deux à la production des pièces de véhicule plus léger aussi bien que de nouveaux alliages de haute résistance.

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Les chercheurs ont su qu'un alliage titanique précédemment développé à partir d'un processus bon marché a eu les propriétés mécaniques très bonnes, mais ont voulu savoir le rendre encore plus fort. Utilisant des microscopes électroniques puissants et une approche unique de représentation de sonde d'atome, ils pouvaient scruter profondément à l'intérieur du nanostructure de l'alliage pour comprendre sa composition meilleure afin de s'améliorer sur ses qualités.

À 45% le poids d'acier à faible teneur en carbone, titane est léger mais pas particulièrement fort à moins qu'il soit allié avec d'autres métaux. Il y a cinquante ans, les métallurgistes ont essayé de le mélanger avec du fer, avec le vanadium et l'aluminium. L'alliage en résultant, Ti185, était même fort-mais seulement dans les endroits. Le mélange a tendu à grouper en masse compacte : fer groupé dans certains secteurs, créant des défauts connus sous le nom de bêtas taches qui l'ont rendu difficile de produire commercialement l'alliage sûrement.

Il y a six ans, PNNL et collaborateurs ont trouvé une manière autour de ce problème et ont également développé un processus bon marché pour produire le matériel à une échelle industrielle. Au lieu de commencer par du titane fondu, l'équipe a substitué la poudre titanique d'hydrure, qui a réduit la durée de la transformation par moitié et a nettement réduit les besoins en énergie.

« Nous [aussi] avons constaté que si vous chauffez traitez-le d'abord avec une température plus élevée avant une étape à basse température de traitement thermique, vous pourrions créer un alliage titanique 10-15% plus fort que n'importe quel alliage titanique commercial actuellement sur le marché et qu'il a rudement pour doubler la force de l'acier, » dit Arun Devaraj, un scientifique matériel à PNNL.

Utilisant un système de tomographie de sonde d'atome, Devaraj et l'équipe ont examiné l'alliage pour voir comment les différents atomes sont arrangés dans 3D. La sonde d'atome déloge un atome à la fois et l'envoie à un détecteur. Atomes d'allumeur « mouche » au détecteur plus rapide, alors que des articles plus lourds arrivent plus tard, chaque type d'atome identifié selon le temps où il prend pour arrêter le détecteur et sa position identifiés par le détecteur.

Les chercheurs ont découvert que, par l'intermédiaire du processus de chaleur-traitement optimisé, ils avaient créé le précipité de taille d'un micron et nanosized région-chaque avec des fortes concentrations de certains éléments. Le traitement des régions à température élevée de 1 450 degrés de Fahrenheit a réalisé un nanostructure hiérarchique unique.

Quand la force a été mesurée en tirant ou en appliquant la tension et l'étirage de elle jusqu'à ce qu'elle ait échoué, le matériel traité a réalisé une augmentation 10-15% de la force, qui est significative, donné le coût bas du processus de fabrication. L'acier produisait des véhicules a une résistance à la traction de 800-900 megapascals, tandis que l'augmentation 10-15% réalisée à PNNL met Ti185 à presque 1 700 megapascals, ou la la force rudement double de l'acier des véhicules à moteur à la moitié du poids.

L'équipe a collaboré avec Ankit Srivastava, un assistant en science des matériaux du Texas A&M et département d'ingénierie, pour développer un modèle mathématique simple pour expliquer comment le nanostructure hiérarchique peut avoir comme conséquence particulièrement le de haute résistance. Le modèle, en comparaison avec les résultats de microscopie et le traitement, a mené à la découverte de cet alliage titanique le plus fort a jamais fait.

« Ceci pousse la frontière de ce que nous pouvons faire avec les alliages titaniques, » dit Devaraj. « Maintenant que nous comprenons ce qui se produit et pourquoi cet alliage a un tel de haute résistance, les chercheurs croient qu'ils peuvent pouvoir modifier d'autres alliages en créant intentionnellement les microstructures qui ressemblent à celles dans Ti185. »

Par exemple, si les nanostructures des alliages du métal moins-cher d'aluminium-un que titane-peut être vu et hiérarchiquement arrangé d'une façon semblable, il pourrait aider l'allumeur de construction d'industrie automobile, des véhicules plus économes en combustible qui émettent moins de dioxyde de carbone.