Pesquisadores da University of Virginia (UVA) estão usando nêutrons para explorar o trabalho fundamental no mapeamento de tensões residuais que promete uma ciência mais precisa no futuro para o Oak Ridge National Laboratory (ORNL) e instalações semelhantes em todo o mundo.

Liderado por Sean Agnew, o grupo visa obter reflexos mais precisos dos níveis de tensão concentrada dentro de um material usando difração de nêutrons. Tensões residuais são tensões que permanecem dentro de um material sólido mesmo depois que a causa original da tensão é removida. Esses tipos de tensões podem ocorrer por meio de uma variedade de mecanismos, como deformações inelásticas, gradientes de temperatura, ou mudanças estruturais.

Usando o instrumento de Mapeamento de Estresse Residual de Nêutrons no Reator de Isótopo de Alto Fluxo do ORNL, Linha de luz HFIR HB-2B, pesquisadores são capazes de estudar tensões residuais no aço, alumínio, superligas, e outros materiais estruturais. A pesquisa da equipe fornecerá uma visão sobre a precisão das medições de mapeamento de tensão residual em tais materiais quando o feixe de nêutrons deve viajar grandes distâncias através da amostra. Os membros da equipe incluem Robert Klein da UVA, Matthew Steiner (agora na University of Cincinnati), e John Einhorn (agora na National Grid).

"O que nos interessa, com mapeamento de tensão residual, está obtendo as medições mais precisas possíveis, "disse Steiner." Portanto, temos um feixe de nêutrons muito pequeno que localizamos dentro da amostra, em seguida, mapeamos as mudanças no espaçamento da rede que correspondem à tensão no material. "

"Um experimento que conduzimos envolveu o mapeamento do estado de tensão residual resultante da fundição, "disse Einhorn." Quando você lança um metal, esfria de fora para dentro, então o exterior se solidifica enquanto o interior ainda está derretido. Porque o interior quer encolher à medida que esfria, coloca estresse do lado de fora. O lado de fora agora é pressionado para tentar combinar isso, e é isso que gera suas tensões residuais. "

Os pesquisadores estão especialmente curiosos para saber se quaisquer artefatos instrumentais estão produzindo mudanças nas medições da posição de pico que poderiam ser interpretadas erroneamente como estresse. Esses tipos de discrepâncias geralmente aparecem em materiais altamente absorventes, como o urânio (estudado aqui), quando o local de medição está nas profundezas do material, e sob condições específicas em que o pico de difração muda devido à perda do sinal de origem.

"Você precisa saber disso para que possa subtrair os efeitos instrumentais para obter o nível de tensão real no material, "disse Steiner.

A equipe de pesquisa conduziu uma série de experimentos explorando a natureza de uma pequena mudança nas medições do instrumento HB-2B que se correlacionou com as distâncias percorridas pelo feixe de nêutrons através da amostra.

"À medida que um feixe de nêutrons passa por um material, partes do espectro de comprimento de onda são absorvidas mais do que outras, que acreditamos causar uma mudança na medição do instrumento, "disse Steiner." Estamos tentando descobrir a razão para isso e quantificar quanto comprimento de onda é absorvido. "

Os dados resultantes desta pesquisa terão um grande impacto científico e de engenharia, validação de dados previamente obtidos de certos materiais no instrumento HB-2B e as correções de desvio de pico acompanhantes que foram calculadas. Este trabalho levará a diretrizes aprimoradas para cientistas que trabalham na linha de luz HB-2B que desejam medir parâmetros de rede de grandes amostras que requerem comprimentos de caminho significativos dentro da amostra, ou profundidades.

"É uma experiência divertida e boa, ciência fundamental, "disse Einhorn." Mais significativamente, é importante, e o impacto que isso terá levará a uma ciência mais precisa no instrumento HB-2B. "

Desenvolvimentos subsequentes estão permitindo ferramentas de software analítico que alertam os pesquisadores para situações em que certas combinações de amostras e condições de difração representam problemas potenciais, e em alguns casos, fornecer correções de dados para maior precisão.

Os resultados da pesquisa da equipe foram publicados no Journal of Applied Crystallography .