Para la industria del acero, puede haber una solución al dilema que existe desde que la gente comenzó a procesar el metal. Los científicos del Instituto Max Planck für Eisenforschung en Düsseldorf Alemania presentan un nuevo tipo de material metálico que esextremadamente fuerte, pero simultáneamente dúctil.Hasta ahora, una propiedad material solo podía mejorarse a expensas de la otra, algo que están cambiando los investigadores con sede en Düsseldorf, que están entrando en un nuevo terreno en el desarrollo de materiales metálicos.Su trabajo contribuye así al diseño futuro de componentes metálicos con láminas más delgadas y, por lo tanto, ayuda a ahorrar recursos.
Idealmente, los aceros y las aleaciones relacionadas con el acero deben ser capaces de ambas propiedades: no deben fragmentarse, por ejemplo, durante el procesamiento en un molino o como carrocerías involucradas en un accidente. En otras palabras, deben ser "dúctiles", comoSin embargo, también deben ser fuertes para no deformarse o romperse cuando se someten a fuerzas débiles. Un equipo encabezado por Dierk Raabe, director del Instituto Max Planck für Eisenforschung y Cemal Cem Tasan, anteriormente jefe de un grupo de investigación en este Instituto y ahora profesor en el Instituto de Tecnología de Massachusetts en los Estados Unidos, ahora ha logrado combinar ambas propiedades en un solo material. Hasta la fecha, los materiales metálicos extremadamente dúctiles no eran particularmente fuertes y viceversa.
"Seguimos una nueva estrategia en el desarrollo de este material, que generalmente abre nuevas posibilidades para el diseño de materiales metálicos", dice Dierk Raabe. El equipo comenzó con un tipo de material que ha sido objeto de extensas pruebas por parte decientíficos de materiales en los últimos años, pero que hasta ahora era demasiado frágil para muchas aplicaciones: aleaciones en las que los metalúrgicos combinan cantidades similares de típicamente cinco o más metales diferentes.
El trastorno atómico permite aleaciones de alta resistencia
Como los átomos de los diferentes elementos se distribuyen a lo largo de las posiciones en las redes cristalinas de estos materiales sin ningún orden identificable y la entropía es, en cierta medida, una medida del trastorno, los materiales se denominan aleaciones de alta entropía.Dichos materiales pueden ser particularmente fuertes porque el desorden de los numerosos átomos diferentes en una estructura dificulta el movimiento de las dislocaciones. Las dislocaciones son defectos en la red cristalina que se mueven a través de un cristal cuando un material se deforma. Sin embargo, ha habido una desventajaa la alta resistencia de las aleaciones con desorden atómico hasta ahora: cuando dicho material cede bajo presión, generalmente es frágil.
Los aceros que contienen principalmente hierro, generalmente otro componente principal y pequeñas cantidades de otros elementos como el carbono, vanadio o cromo, son, por otro lado, a menudo dúctiles. No son frágiles; sin embargo, hasta ahora no han sido fuertessuficiente para permitir, por ejemplo, la construcción de carrocerías de automóviles con láminas más delgadas. En los cristales de acero, los átomos están más o menos dispuestos regularmente. Los aceros se vuelven particularmente dúctiles si pueden cambiar de una estructura a otra. Esto se debe a que estoel proceso traga energía, que ya no puede iniciar ningún daño en el material. En la carrocería de un automóvil u otros componentes de acero, pequeñas áreas se alternan con los dos arreglos de átomos diferentes.
El cambio en la estructura cristalina hace que el material sea dúctil
Fue precisamente esta coexistencia de las diferentes estructuras cristalinas lo que fue perjudicial para las aleaciones de alta entropía, hasta ahora ". Ahora hemos dado vuelta a esta concepción, ya que estudios recientes han demostrado que este no es el factor importante,"dice Zhiming Li, quien hizo de este cambio científico el tema de su proyecto. Junto con sus colegas, Li buscó un material que, por un lado, sea tan fuerte como una aleación de alta entropía, pero, como aceros especialmente dúctiles,tiene dos estructuras de cristal coexistentes. La búsqueda produjo una aleación hecha de 50 por ciento de hierro, 30 por ciento de manganeso y 10 por ciento respectivamente de cobalto y cromo.
"Con esta aleación, hemos demostrado que nuestro concepto funciona", dice Raabe. "Si mejoramos aún más la microestructura y la composición, podemos mejorar aún más la resistencia y la ductilidad". Esta es precisamente el área en la que se encuentran ahora los investigadorestrabajando. Esto significa que podrían, de una vez por todas, resolver el dilema de la industria de procesamiento de metales de tener que elegir entre materiales fuertes o dúctiles. Los materiales metálicos de la forja de materiales con sede en Düsseldorf podrían procesarse con la misma facilidad y costo.eficientemente como un acero particularmente dúctil y absorbe tanta energía de impacto en un accidente cuando se incorpora en la carrocería de un automóvil. Al mismo tiempo, el material sería lo suficientemente fuerte como para que las láminas de metal delgadas y de bajo costo y que conserven recursos no lo haganceder cuando se somete a una fuerza débil.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Max-Planck-Gesellschaft . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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