Разработана новая технология измерения деформации материала на атомном уровне

Используя нейтроны для наблюдения за процессом аддитивного производства на атомном уровне, ученые показали, что они могут измерять деформацию материала в процессе его эволюции и отслеживать, как атомы перемещаются в ответ на напряжение.

Автомобильная, аэрокосмическая, экологически чистая энергетика, инструментальная и штамповочная промышленность — любая отрасль, где нужны сложные и высокопроизводительные детали, — может использовать аддитивное производство», — сказал Алекс Плотковски, материаловед из Отдела материаловедения и технологий ORNL и ведущий научный сотрудник эксперимента. Плотковски и его коллеги сообщили о своих результатах в журнале Nature Communications.

Ученые ORNL разработали OpeN-AM — платформу для 3D-печати, которая позволяет измерять развивающиеся остаточные напряжения в процессе производства с помощью пучковой линии VULCAN на источнике нейтронов Spallation Neutron Source (SNS) в ORNL, являющемся пользовательским центром Управления по науке Министерства энергетики. В сочетании с инфракрасной съемкой и компьютерным моделированием эта система позволяет получить беспрецедентное представление о поведении материала в процессе изготовления.

В данном случае использовалась сталь с низкотемпературным превращением, или LTT, при этом с помощью платформы OpeN-Am физически измерялось, как атомы перемещаются в ответ на напряжение, будь то температура или нагрузка.

Остаточные напряжения — это напряжения, которые сохраняются даже после снятия нагрузки или устранения причины напряжения; они могут деформировать материал или, что еще хуже, привести к его преждевременному разрушению. Такие напряжения представляют собой серьезную проблему для изготовления точных деталей с желаемыми свойствами и характеристиками.

Ученые задумали и в течение двух лет проводили эксперимент, позволяющий измерять деформацию материала в процессе его эволюции, что определяет характер распределения напряжений.

Производители смогут регулировать остаточные напряжения в своих компонентах, повышая их прочность, делая их легче и придавая им более сложные формы. Эта технология может быть применена ко всему, что вы хотите производить, — сказал Плотковски.

«Мы успешно продемонстрировали, что такой способ существует», — сказал он. „Мы демонстрируем, что понимаем связь в одном случае, чтобы предвидеть другие случаи“.

За эту технологию ученые недавно получили награду R&D 100 Award 2023. Журнал R&D World объявил победителей в августе. Плотковски и другие победители будут отмечены на церемонии награждения 16 ноября в Сан-Диего.

Ученые использовали специальную платформу для аддитивного производства с проволочной дугой, чтобы провести так называемую нейтронную дифракцию в режиме операндо для LTT-металла в SNS. С помощью линии VULCAN SNS они обрабатывали сталь и регистрировали данные на различных этапах производства и после охлаждения до комнатной температуры. Для подтверждения результатов дифракционные данные совмещались с ИК-изображениями. Система была спроектирована и построена на производственно-демонстрационном комплексе (Manufacturing Demonstration Facility, или MDF), являющемся консорциумом пользователей Управления перспективных материалов и производственных технологий МЭ, где также была построена копирующая система платформы для планирования и тестирования экспериментов перед их проведением на пучковой линии.

В SNS работает линейный ускоритель частиц, генерирующий пучки нейтронов для изучения и анализа материалов на атомном уровне. Разработанный ими исследовательский инструмент позволяет ученым заглянуть внутрь материала в процессе его производства, буквально наблюдая за работой механизмов в режиме реального времени.

Сталь LTT была расплавлена и послойно нанесена на поверхность. По мере застывания и охлаждения металла его структура изменялась в результате так называемого фазового превращения. При этом атомы перестраиваются, занимают другое пространство, и материал ведет себя по-другому.

Обычно превращения, происходящие при высоких температурах, трудно понять, рассматривая материал только после обработки. Наблюдая за сталью LTT в процессе обработки, ученые показали, что они могут понимать фазовые превращения и управлять ими.

«Мы хотим понять, что представляют собой эти напряжения, объяснить, как они возникли, и выяснить, как ими управлять», — сказал Плотковски.

Эти результаты открывают новый путь к созданию желательных остаточных напряжений и распределений свойств в компонентах аддитивного производства путем использования средств управления процессом для улучшения неравномерных пространственных и временных изменений тепловых градиентов вблизи ключевых температур фазового превращения, — пишут авторы.

Плотковски надеется, что ученые со всего мира приедут в ORNL, чтобы провести аналогичные эксперименты с металлами, которые они хотели бы использовать в производстве.

16.10.2023


Подписаться в Telegram



Хайтек

AEM: Гибридный полупроводник позволит лучше понять спинтронику
AEM: Гибридный полупроводник позволит лучше понять спинтронику

Электроны вращаются без электрического за...

Томские ученые представили цифровое решение для оптимизации НПЗ
Томские ученые представили цифровое решение для оптимизации НПЗ

Новый программный комплекс представили ученые ...

В НГУ разработали первые фильтры для технологии связи 6G
В НГУ разработали первые фильтры для технологии связи 6G

Уникальные фильтры для импульсной терагер...

Ученые КФУ выяснили, как дефекты в полупроводниках влияют на свет
Ученые КФУ выяснили, как дефекты в полупроводниках влияют на свет

Физическая модель, которая описывает взаимодей...

Новый метод синтеза лекарств открыли российские химики
Новый метод синтеза лекарств открыли российские химики

Новый метод синтеза производных пирролизидина ...

Advanced Materials: Созданы волокна в одежду для питания смартфона от тепла тела
Advanced Materials: Созданы волокна в одежду для питания смартфона от тепла тела

Термоэлектрический материал, который можно исп...

В Томском университете создали интегральные схемы для российских РЛС
В Томском университете создали интегральные схемы для российских РЛС

Первый российский комплект интегральных схем д...

Physical Review C: Синтезирован новый изотоп плутония
Physical Review C: Синтезирован новый изотоп плутония

Физики из Китая выяснили, что период...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

Российские ученые предложили использовать вирус растений для лечения саркомы
Российские ученые предложили использовать вирус растений для лечения саркомы
Menopause: Ученые заподозрили роль эстрогена в развитии астмы
Menopause: Ученые заподозрили роль эстрогена в развитии астмы
AEM: Гибридный полупроводник позволит лучше понять спинтронику
AEM: Гибридный полупроводник позволит лучше понять спинтронику
FCoSc: Гигантские крысы поборются с незаконной торговлей дикими животными
FCoSc: Гигантские крысы поборются с незаконной торговлей дикими животными
В России разработали искусственные кости и новые методы лечения позвоночника
В России разработали искусственные кости и новые методы лечения позвоночника
TE&E: Животные потребляют алкоголь чаще, чем мы думаем
TE&E: Животные потребляют алкоголь чаще, чем мы думаем
Волнообразные упражнения со штангой: польза или вред
Волнообразные упражнения со штангой: польза или вред
JA&FC: Сорго обогащает рацион питания биоактивными соединениями
JA&FC: Сорго обогащает рацион питания биоактивными соединениями
Nature Communications: Жизнь все-таки можно повернуть назад
Nature Communications: Жизнь все-таки можно повернуть назад
МАИ: Дроны-дефектоскописты уступают человеку в точности, зато берут скоростью
МАИ: Дроны-дефектоскописты уступают человеку в точности, зато берут скоростью
EBioMedicine: Создан инструмент для выявления сепсиса у новорожденных
EBioMedicine: Создан инструмент для выявления сепсиса у новорожденных
Численное моделирование повысит эффективность 3D-печати из стали 316LSi
Численное моделирование повысит эффективность 3D-печати из стали 316LSi
Создан особо пластичный алюминиевый сплав для высокотехнологичных отраслей
Создан особо пластичный алюминиевый сплав для высокотехнологичных отраслей
Влияние цвета в архитектуре на самоконтроль человека: мнение эксперта МХПИ
Влияние цвета в архитектуре на самоконтроль человека: мнение эксперта МХПИ
Томские ученые представили цифровое решение для оптимизации НПЗ
Томские ученые представили цифровое решение для оптимизации НПЗ

Новости компаний, релизы

Международные эксперты оценили разработанную для нижегородского завода технологию
Регистрация сми на IV конгресс молодых ученых продлевается до 6 ноября
Фестиваль научных театров «Наука всем!» прошёл в Санкт-Петербурге
На старт! Внимание! MITEX!
Пироговская олимпиада для школьников по химии и биологии