Первые трехмерные изображения микроскопических трещин в сплавах

• Впервые исследователи разработали методику получения трехмерных изображений микроскопических трещин в сплавах на основе никеля, вызванных воздействием водорода или воды.
• Это поможет инженерам разрабатывать микроструктуры с увеличенным сроком службы материала, сокращая расходы на ремонт и замену.

Микротрещины в металлических сплавах нельзя увидеть невооруженным глазом, но они могут распространяться на другие регионы при воздействии водорода или воды, что приводит к серьезным проблемам на атомных станциях, электрохимических технологиях, технологиях хранения водорода и таких конструкциях, как мосты и высокие здания.

Обычно водородная хрупкость (ВЭ) сплавов обозначается неожиданными трещинами и потерей пластичности, которые вызывают постоянно расширяющийся спектр разрушения материалов. Поскольку интенсивность ВВ увеличивается с увеличением прочности металла, современные сплавы (например, сплав на основе никеля) более восприимчивы к ВВ. Чтобы предсказать и предотвратить HE, необходимо иметь подробные знания о его физическом происхождении.

Недавно исследователи из Массачусетского технологического института и LLNL (Ливерморская национальная лаборатория Лоуренса) разработали методику получения трехмерных изображений микроскопических трещин в сплавах, вызванных водородным охрупчиванием. Эти изображения можно использовать для обнаружения различных границ зерен или ориентации микроскопических структур, которые могут отклонять трещины и предотвращать повреждение, вызванное водородом или водой.

Как они это сделали?

Новый метод - трехмерное картирование микроструктуры - основан на методах рентгеновской дифракции и томографии на основе синхротрона для анализа трещин в никелевом сплаве, вызванных водородом / водой.

Если вы хотите точно проанализировать, как распространяются трещины в металле, вам необходимо смоделировать проблему в трех измерениях. Кроме того, вам необходимо иметь достаточно данных о морфологии трещины и ее связи с микроструктурой.

Чтобы провести неразрушающую оценку, авторы направили высокоинтенсивные рентгеновские лучи на потрескавшиеся никелевые сплавы. Они разместили камеру для захвата всех проходящих и дифрагированных лучей. Затем они проверили сотни тысяч ориентаций микроскопической структуры и исследовали миллионы пятен.

Ссылка:Nature Communications | doi:10.1038 / s41467-018-05549-y | LLNL

Изображение предоставлено:Дхармеш Патель / Техасский университет A&M

Согласовав данные с физическими моделями, они преобразовали точки дифракции в трехмерное изображение микроструктуры. Это трехмерное изображение показывает, какие типы граничных зерен могут отклонять трещины, и результаты показывают, что BLIPS (границы с плоскостями с низким показателем преломления) устойчивы к повреждениям.

Чем это полезно?

Эта технология может способствовать развитию технологий обработки металлов, направленных на предотвращение дальнейшего распространения трещин в никелевых сплавах. Это укрепит материалы и увеличит срок их службы компонентов и конструкций.

В частности, это может улучшить предсказание механических характеристик сплавов HE. Во время конструирования сплавов можно удалить опасные границы зерен, чтобы создать препятствия для трещин и остановить их рост.

Прочтите:ИИ может выявлять и анализировать дефекты в ядерных реакторах

Кроме того, данные, полученные из 3D-изображений, помогут инженерам разработать эффективные микроструктуры с увеличенным сроком службы материала, что позволит сэкономить на ремонте / замене. Чтобы увеличить срок службы, микроструктуру следует обрабатывать большим количеством BLIPS, чтобы лучше отклонить или затупить трещины.