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Los investigadores desarrollan una aleación más fuerte del titanio

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Los investigadores en el Ministerio de laboratorio nacional del noroeste pacífico de la Energía (PNNL) han creado un titanio más fuerte aleación-en un desarrollo que podría llevar ambos a la producción de piezas de un vehículo más ligero así como de nuevas aleaciones de alta resistencia.

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Los investigadores sabían que una aleación del titanio desarrollada previamente de un proceso barato tenía propiedades mecánicas muy buenas, pero quisieron saber hacerlo incluso más fuerte. Usando microscopios electrónicos potentes y un acercamiento único de la proyección de imagen de la punta de prueba del átomo, podían mirar profundamente dentro del nanostructure de la aleación para entender su composición mejor para mejorar en sus calidades.

En el 45% el peso de acero con poco carbono, titanio es ligero pero no particularmente fuerte a menos que se alee con otros metales. Hace cincuenta años, los metalúrgicos intentaron mezclarlo con hierro, junto con el vanadio y el aluminio. La aleación resultante, Ti185, era misma fuerte-pero solamente en lugares. La mezcla tendió a agrupar: hierro agrupado en ciertas áreas, creando los defectos conocidos como manchas beta que hicieron difícil producir comercialmente la aleación confiablemente.

Hace seis años, PNNL y los colaboradores encontraron una manera alrededor de ese problema y también desarrollaron un proceso barato para producir el material en una escala industrial. En vez de comenzar con el titanio fundido, el equipo substituyó el polvo del hidruro del titanio, que redujo el tiempo de procesamiento por mitad y redujo dramáticamente las necesidades energéticas.

“[También] encontramos que si usted calienta trátelo primero con una temperatura más alta antes de un paso a baja temperatura del tratamiento térmico, usted podríamos crear una aleación 10-15% del titanio más fuerte que cualquier aleación comercial del titanio actualmente en el mercado y que tiene áspero doblar la fuerza del acero,” dice a Arun Devaraj, científico material en PNNL.

Usando un sistema de la tomografía de la punta de prueba del átomo, Devaraj y el equipo examinaron la aleación para ver cómo los átomos individuales se arreglan en 3D. La punta de prueba del átomo desaloja un átomo a la vez y lo envía a un detector. Átomos “mosca” del encendedor al detector más rápido, mientras que llegan los artículos más pesados más adelante, cada tipo del átomo identificado dependiendo del tiempo que toma para alcanzar el detector y su posición identificados por el detector.

Los investigadores descubrieron que, vía el proceso calor-que trataba optimizado, habían creado el precipitado micrón-clasificado y nanosized región-cada con altas concentraciones de ciertos elementos. Tratar las regiones en una temperatura más alta de 1.450 grados de Fahrenheit alcanzó un nanostructure jerárquico único.

Cuando la fuerza fue medida tirando o aplicando de la tensión y estirándola hasta que fallara, el material tratado alcanzó un aumento 10-15% en la fuerza, que es significativa, dado el bajo costo del proceso de producción. El acero producía los vehículos tiene una resistencia a la tensión de 800-900 megapascals, mientras que el aumento 10-15% alcanzado en PNNL pone Ti185 en casi 1.700 megapascals, o la fuerza áspero doble del acero automotriz en la mitad del peso.

El equipo colaboró con Ankit Srivastava, profesor adjunto en la ciencia material de Tejas A&M y la oficina técnica, para desarrollar un modelo matemático simple para explicar cómo el nanostructure jerárquico puede dar lugar al excepcionalmente de alta resistencia. El modelo, en comparación con los resultados de la microscopia y el proceso, llevó al descubrimiento de esta aleación más fuerte del titanio hizo nunca.

“Esto empuja el límite de lo que podemos hacer con las aleaciones del titanio,” dice Devaraj. “Ahora que entendemos qué está sucediendo y porqué esta aleación tiene tal de alta resistencia, los investigadores creen que pueden poder modificar otras aleaciones intencionalmente creando las microestructuras que parecen las que está en Ti185.”

Por ejemplo, si los nanostructures de aleaciones del metal menos-costoso del aluminio-uno que titanio-puede ser visto y ser arreglado jerárquico de la misma manera, podría ayudar al encendedor de la estructura de la industria automotriz, vehículos más económicos en combustible que emiten menos dióxido de carbono.