Afsaneh Rabiei é retratada aqui com o dispositivo que ela desenvolveu que pode capturar imagens de microscopia eletrônica de varredura (MEV) em tempo real em temperaturas de até 1, 000 graus Celsius ao aplicar tensões de até dois gigapascal. Crédito:North Carolina State University
Uma nova técnica de microscopia permite aos pesquisadores rastrear mudanças microestruturais em tempo real, mesmo quando um material é exposto a calor e estresse extremos. Recentemente, pesquisadores mostram que uma liga de aço inoxidável chamada liga 709 tem potencial para aplicações em temperaturas elevadas, como estruturas de reatores nucleares.
"A liga 709 é excepcionalmente forte e resistente a danos quando exposta a altas temperaturas por longos períodos de tempo, "diz Afsaneh Rabiei, autor correspondente de um artigo sobre as novas descobertas e professor de engenharia mecânica e aeroespacial na North Carolina State University. “Isso o torna um material promissor para uso em usinas nucleares de próxima geração.
"Contudo, A liga 709 é tão nova que seu desempenho sob altas temperaturas e cargas ainda não foi totalmente compreendido. E o Departamento de Energia (DOE) precisava entender melhor suas características termomecânicas e estruturais para determinar sua viabilidade para uso em reatores nucleares. "
Para responder às perguntas do DOE, Rabiei surgiu com uma nova solução. Trabalhando com três empresas - Hitachi, Oxford Instruments e Kammrath &Weiss GmbH - Rabiei desenvolveram uma nova técnica que permite a seu laboratório realizar microscopia eletrônica de varredura (MEV) em tempo real, enquanto aplica calor extremamente alto e altas cargas a um material.
"Isso significa que podemos ver o crescimento do crack, nucleação de danos e mudanças microestruturais no material durante os testes termomecânicos, que são relevantes para qualquer material hospedeiro - não apenas liga 709, "Rabiei diz." Isso pode nos ajudar a entender onde e por que os materiais falham em uma ampla variedade de condições:desde a temperatura ambiente até 1, 000 graus Celsius (C), e com tensões que variam de zero a dois gigapascal. "
Para colocar isso no contexto, 1, 000 C é 1, 832 graus Fahrenheit. E dois gigapascal equivalem a 290, 075 libras por polegada quadrada.
As imagens (a) e (b) são imagens SEM in situ da amostra sob teste de tração a:(a) 850 ° C mostrando rachaduras crescendo do limite do grão para os grãos; e (b) 950 ° C mostrando perda de cristalinidade em torno da propagação da trinca. (c) e (d):Figura de pólo inverso de difração de elétron retroespalhado (EBSD) (paralelo à direção normal) da amostra de liga 709 à temperatura ambiente antes do teste de tração e após tensão de até 3,9% de alongamento a 950 ° C. (e) e (f):Imagens SEM da superfície de fratura da amostra após tensão a 850 e 950 ° C. Crédito:North Carolina State University
A equipe de Rabiei colaborou com a Universidade de Birmingham, no Reino Unido, para avaliar as propriedades mecânicas e microestruturais da liga 709 quando exposta a altas cargas e calor.
Os pesquisadores expuseram amostras de um milímetro de espessura da liga 709 a temperaturas de até 950 C até que o material "falhou, "significando que o material quebrou.
"A liga 709 superou o aço inoxidável 316, que é o que é usado atualmente em reatores nucleares, "Rabiei diz." O estudo mostra que a resistência da liga 709 era maior do que a do aço inoxidável 316 em todas as temperaturas, o que significa que poderia suportar mais estresse antes de falhar. Por exemplo, a liga 709 pode lidar com tanta tensão a 950 C quanto o aço inoxidável 316 pode lidar com a 538 C.
"E nossa técnica de microscopia nos permitiu monitorar a nucleação de vazios e o crescimento de rachaduras, juntamente com todas as mudanças na microestrutura do material ao longo de todo o processo, "Rabiei diz.
"Este é um achado promissor, mas ainda temos mais trabalho a fazer, "Rabiei diz." Nosso próximo passo é avaliar como a liga 709 funcionará em altas temperaturas quando exposta a cargas cíclicas, ou estresse repetido. "
O papel, "Um estudo sobre propriedades de tração da liga 709 em várias temperaturas, "aparece no jornal Ciência e Engenharia de Materiais:A .
