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Cientistas do MIT revelam o segredo para metais mais fortes

por Taina Bueno

A moldagem de metais em formas específicas necessárias para vários propósitos é feita de várias maneiras, incluindo fundição, usinagem, forjamento e laminação.

Esses processos afetam os tamanhos e as formas dos minúsculos grãos cristalinos que compõem o metal a granel, seja aço, alumínio, titânio ou outros metais e ligas amplamente utilizados.

Pesquisadores do MIT agora foram capazes de analisar exatamente o que acontece quando esses grãos de cristal se formam durante um processo de deformação extrema, nas menores escalas, até alguns nanômetros de diâmetro.

As novas descobertas podem levar a formas aprimoradas de processamento para produzir propriedades melhores e mais consistentes, como dureza e tenacidade.

A pesquisa foi possibilitada pela análise detalhada de um conjunto de poderosos sistemas de imagem, e foram relatadas este mês na revista Nature Materials.

“No processo de fabricação de um metal, você está dotando-o de uma certa estrutura, e essa estrutura ditará suas propriedades em serviço”, disse o professor Schuh, do MIT. Em geral, quanto menor o tamanho do grão, mais forte é o metal resultante. Esforçar-se para melhorar a resistência e a tenacidade diminuindo os tamanhos de grão “tem sido um tema abrangente em toda a metalurgia, em todos os metais, nos últimos 80 anos”, disse ele.

Segredo dos Metais Mais Fortes

Os metalúrgicos há muito aplicam uma variedade de métodos desenvolvidos empiricamente para reduzir os tamanhos dos grãos em um pedaço de metal sólido, geralmente transmitindo vários tipos de tensão através da deformação de uma forma ou de outra. Mas não é fácil tornar esses grãos menores.

O método primário é chamado de recristalização, no qual o metal é deformado e aquecido.

Isso cria muitos pequenos defeitos em toda a peça, que são “altamente desordenados e espalhados”, disse o professor Schuh.

Quando o metal é deformado e aquecido, todos esses defeitos podem formar espontaneamente os núcleos de novos cristais. “Você vai dessa sopa confusa de defeitos para cristais nucleados recém-novos. E porque eles são recém-nucleados, eles começam muito pequenos”, levando a uma estrutura com grãos muito menores, explica Schuh.

Secret of Stronger Metals
Pela primeira vez, os pesquisadores descreveram como os minúsculos grãos cristalinos que compõem a maioria dos metais sólidos realmente se formam. Entender esse processo, dizem eles, poderia teoricamente levar a formas de produzir versões mais fortes e mais leves de metais amplamente utilizados, como alumínio, aço e titânio. Figura: MIT.

O que é único no novo trabalho, diz ele, é determinar como esse processo ocorre em altíssima velocidade e nas menores escalas. Enquanto os processos típicos de conformação de metal, como forjamento ou laminação de chapas, podem ser bastante rápidos, esta nova análise analisa processos que são “várias ordens de magnitude mais rápidos”.

“Usamos um laser para lançar partículas metálicas em velocidades supersônicas. Dizer que isso acontece em um piscar de olhos seria um eufemismo incrível, porque você poderia fazer milhares disso em um piscar de olhos”.

Nos experimentos, eles conseguiram aplicar uma ampla gama de imagens e medições exatamente às mesmas partículas e locais de impacto, diz Schuh: “Então, acabamos obtendo uma visão multimodal. Obtemos lentes diferentes na mesma região e material exatos, e quando você junta tudo isso, você tem apenas uma riqueza de detalhes quantitativos sobre o que está acontecendo que uma única técnica sozinha não forneceria.”

Como as novas descobertas fornecem orientação sobre o grau de deformação necessário, a rapidez com que essa deformação ocorre e as temperaturas a serem usadas para obter o efeito máximo para quaisquer metais específicos ou métodos de processamento, elas podem ser aplicadas, no futuro, diretamente à produção de metais mais fortes no mundo real.

Fonte da notícia: MIT.

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