Les ingénieurs peuvent désormais capturer et prédire la résistance des matériaux métalliques soumis à une cost cyclique, ou résistance à la tiredness, en quelques heures, et non en mois ou en années avec les méthodes actuelles.
Dans une nouvelle étude, des chercheurs de l’Université de l’Illinois à Urbana-Champaign rapportent que l’imagerie électronique haute résolution automatisée peut capturer les événements de déformation à l’échelle nanométrique qui conduisent à la défaillance du métal et à la rupture à l’origine de la défaillance du métal. La nouvelle méthode aide les scientifiques à prédire rapidement la résistance à la fatigue de tout alliage et à concevoir de nouveaux matériaux pour les systèmes d’ingénierie soumis à des prices répétées pour les apps médicales, de transport, de sécurité, énergétiques et environnementales.
Les résultats de l’étude, menée par les professeurs de science et génie des matériaux Jean-Charles Stinville et Marie Charpagne, sont publiés dans la revue Science.
La fatigue des métaux et des alliages – comme la flexion répétée d’un trombone en métal qui conduit à sa rupture – est la trigger première de la défaillance de nombreux systèmes d’ingénierie, a déclaré Stinville. Définir la relation entre la résistance à la tiredness et la microstructure est un défi auto les matériaux métalliques présentent des constructions complexes avec des caractéristiques allant du nanomètre au centimètre.
“Ce problème à plusieurs échelles est un problème de longue day motor vehicle nous essayons d’observer des événements clairsemés de taille nanométrique qui contrôlent les propriétés macroscopiques et ne peuvent être capturés qu’en enquêtant sur de grandes zones avec une résolution good”, a déclaré Charpagne. “La méthode actuelle de détermination de la résistance à la tiredness des métaux utilise des assessments mécaniques traditionnels qui sont coûteux, prennent du temps et ne fournissent pas une image claire de la trigger première de la défaillance.”
Dans l’étude actuelle, les chercheurs ont découvert que l’étude statistique des événements à l’échelle nanométrique qui apparaissent à la surface area du métal lorsqu’il est déformé peut informer la résistance à la exhaustion des métaux. L’équipe est la première à découvrir cette relation en utilisant la corrélation automatisée d’images numériques haute résolution collectées dans le microscope électronique à balayage – une method qui compile et examine une série d’images enregistrées pendant la déformation, a déclaré Stinville. Les chercheurs ont démontré cette relation sur des alliages d’aluminium, de cobalt, de cuivre, de fer, de nickel, d’acier et d’alliages réfractaires utilisés dans une grande variété d’applications d’ingénierie clés.
“Ce qui est remarquable, c’est que les événements de déformation à l’échelle nanométrique qui apparaissent après un seul cycle de déformation sont en corrélation avec la résistance à la tiredness qui informent la durée de vie d’une pièce métallique sous un grand nombre de cycles”, a déclaré Stinville. “Découvrir cette corrélation, c’est comme avoir accès à une empreinte de déformation distinctive qui peut nous aider à prédire rapidement la durée de vie en tiredness des pièces métalliques.”
“Concevoir des matériaux métalliques avec une résistance à la fatigue in addition élevée signifie des matériaux as well as sûrs, plus résistants et in addition durables”, a déclaré Charpagne. “Ce travail a des impacts sociétaux, environnementaux et économiques auto il fulfilled en lumière les paramètres à l’échelle micro et nanométrique pour s’adapter à la conception de matériaux ayant une durée de vie plus longue. Je pense que ce travail définira un nouveau paradigme dans la conception des alliages.”
Cette étude a été réalisée en collaboration avec des chercheurs de l’Université de Californie, Santa Barbara et de l’Université de Poitiers, France.
Le ministère de la Défense, l’Office of Naval Analysis et le département de science et d’ingénierie des matériaux de l’Illinois ont soutenu cette recherche.