O titânio (Ti), muitas vezes aclamado como o metal maravilhoso por suas propriedades notáveis, tem muitas aplicações nas indústrias aeroespacial, marítima e biomédica. Conhecidos por sua baixa densidade, alta resistência, alta ductilidade, grande resistência à corrosão e excelente biocompatibilidade, o Ti e suas ligas têm sido amplamente estudados por inúmeros pesquisadores por seus mecanismos de deformação estrutural em temperatura ambiente.



Recentemente, os pesquisadores concentraram seus esforços no estudo da deformação do Ti e de suas ligas em temperaturas "criogênicas" muito baixas (<77K, a temperatura do nitrogênio líquido).

O Ti e suas ligas se deformam por meio de diferentes mecanismos, incluindo deslizamentos de discordância, nos quais os grãos de metais deslizam uns sobre os outros, e "geminação por deformação", em que os grãos se organizam simetricamente em torno de um limite de grão comum. Um grão, nomeadamente uma região bem definida dentro de um material cristalino, consiste em átomos dispostos de uma forma específica e consistente. A ocorrência de gêmeos de deformação em ligas de Ti depende da textura inicial, taxa de deformação, temperatura de deformação e tamanho do grão.

Estudos demonstraram que a geminação pode melhorar as propriedades mecânicas dos materiais. Além disso, foi demonstrado que a deformação criogênica do Ti comercialmente puro (CP-Ti) desencadeia a geminação por deformação, aumentando significativamente sua resistência e ductilidade. No entanto, os efeitos exatos de diferentes mecanismos de deformação e tamanho de grão na resistência do CP-Ti em temperaturas criogênicas não foram totalmente compreendidos.

Para resolver esta lacuna, uma equipe de pesquisadores da China, liderada pelo professor assistente Cai Chen e pelo Dr. Ji-zi Liu da Universidade de Ciência e Tecnologia de Nanjing, investigou as propriedades mecânicas e o comportamento de geminação do CP-Ti à temperatura ambiente e nitrogênio líquido. temperatura (LNT).

“Estudar o comportamento de deformação do CP-Ti e suas ligas em temperaturas criogênicas pode ajudar no desenvolvimento de novos processos controlados para melhorar sua resistência e ductilidade”, explica o Dr. O artigo foi publicado na revista Transactions of Nonferrous Metals Society of China .

Usando técnicas avançadas, como difração de retroespalhamento de elétrons e microscopia eletrônica de transmissão, os pesquisadores estudaram mudanças na microestrutura e deslocamentos das amostras de CP-Ti sob carga uniaxial em ambas as temperaturas. Eles investigaram o comportamento de endurecimento plástico, fragmentação de grãos induzida por geminação, transformação de textura e plasticidade das amostras.

Seus experimentos revelaram que as amostras recristalizadas deformadas no LNT exibiram uma combinação muito melhor de resistência e ductilidade do que aquelas deformadas à temperatura ambiente. Além disso, a amostra com menor tamanho de grão em ambas as temperaturas apresentou maior limite de escoamento.

O deslizamento de discordância foi identificado como o principal mecanismo de deformação à temperatura ambiente, enquanto a geminação de deformação tornou-se dominante no LNT. Esta transição de mecanismos de deformação emergiu como o principal fator que contribui para as excelentes propriedades mecânicas observadas no LNT. Além disso, a equipe também propôs uma relação Hall-Petch modificada que leva em conta as temperaturas criogênicas para explicar o mecanismo de fortalecimento.

Dr. Liu diz:"Os resultados do estudo fornecem informações importantes sobre os processos de deformação de metais hexagonais em temperaturas criogênicas. Isso pode levar a processos aprimorados para controle e design de metais que podem suportar condições extremas."

No geral, este estudo aumenta nossa compreensão da microestrutura e dos mecanismos de deformação de metais como o Ti e abre caminho para o desenvolvimento de metais mais fortes e dúcteis.

Mais informações: Cai Chen et al, Efeito do tamanho do grão e da temperatura no mecanismo de deformação do titânio comercialmente puro, Transactions of Nonferrous Metals Society of China (2023). DOI:10.1016/S1003-6326(23)66337-X
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