Una nueva técnica de microscopía permite a los investigadores rastrear cambios microestructurales en tiempo real, incluso cuando un material está expuesto a calor y estrés extremos. Recientemente, los investigadores muestran que una aleación de acero inoxidable llamada aleación 709 tiene potencial para aplicaciones de temperatura elevada, como un reactor nuclearestructuras.
"La aleación 709 es excepcionalmente fuerte y resistente al daño cuando se expone a altas temperaturas durante largos períodos de tiempo", dice Afsaneh Rabiei, autor correspondiente de un artículo sobre los nuevos hallazgos y profesor de ingeniería mecánica y aeroespacial en la Universidad Estatal de Carolina del Norte"Esto lo convierte en un material prometedor para su uso en las centrales nucleares de próxima generación".
"Sin embargo, la aleación 709 es tan nueva que su rendimiento bajo altas temperaturas y carga aún no se comprende por completo. Y el Departamento de Energía DOE necesitaba comprender mejor sus características termomecánicas y estructurales para determinar su viabilidad para el usoen reactores nucleares "
Para responder a las preguntas del DOE, Rabiei ideó una solución novedosa. Trabajando con tres compañías: Hitachi, Oxford Instruments y Kammrath & Weiss GmbH, Rabiei desarrolló una nueva técnica que le permite a su laboratorio realizar microscopía electrónica de barrido SEM enen tiempo real mientras se aplica calor extremadamente alto y cargas elevadas a un material.
"Esto significa que podemos ver el crecimiento de grietas, la nucleación de daños y los cambios microestructurales en el material durante las pruebas termomecánicas, que son relevantes para cualquier material huésped, no solo la aleación 709", dice Rabiei. "Puede ayudarnos a comprender dónde ypor qué los materiales fallan en una amplia variedad de condiciones: desde temperatura ambiente hasta 1,000 grados Celsius C, y con tensiones que varían de cero a dos gigapascales ".
Para colocar eso en contexto, 1,000 C es 1,832 grados Fahrenheit. Y dos gigapascales equivalen a 290,075 libras por pulgada cuadrada.
El equipo de Rabiei colaboró con la Universidad de Birmingham en el Reino Unido para evaluar las propiedades mecánicas y microestructurales de la aleación 709 cuando se expone a altas cargas y calor.
Los investigadores expusieron muestras de aleación de un milímetro de espesor 709 a temperaturas tan altas como 950 C hasta que el material "falló", lo que significa que el material se rompió.
"La aleación 709 superó al acero inoxidable 316, que es lo que se usa actualmente en los reactores nucleares", dice Rabiei. "El estudio muestra que la resistencia de la aleación 709 era mayor que la del acero inoxidable 316 a todas las temperaturas, lo que significa que podría soportar más estrés antes"Por ejemplo, la aleación 709 podría soportar tanta tensión a 950 C como el acero inoxidable 316 podría soportar a 538 C.
"Y nuestra técnica de microscopía nos permitió monitorear la nucleación vacía y el crecimiento de grietas junto con todos los cambios en la microestructura del material a lo largo de todo el proceso", dice Rabiei.
"Este es un hallazgo prometedor, pero todavía tenemos más trabajo por hacer", dice Rabiei. "Nuestro siguiente paso es evaluar cómo funcionará la aleación 709 a altas temperaturas cuando se expone a cargas cíclicas o estrés repetido".
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Materiales proporcionado por Universidad Estatal de Carolina del Norte . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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