p Um novo estudo na revista Natureza mostra como os metais podem ser padronizados em nanoescala para serem mais resistentes à fadiga, o lento acúmulo de danos internos causados ​​por esforços repetitivos. p A pesquisa se concentrou no metal fabricado com nanotwins, limites lineares minúsculos na rede atômica de um metal que têm estruturas cristalinas idênticas em ambos os lados. O estudo mostrou que os nantowins ajudam a estabilizar os defeitos associados à deformação repetitiva que surgem no nível atômico e a limitar o acúmulo de danos relacionados à fadiga.

p "Noventa por cento das falhas em componentes de metal e estruturas de engenharia são por fadiga, "disse Huajian Gao, professor da Escola de Engenharia da Brown University e autor correspondente da nova pesquisa. "Este trabalho representa um caminho potencial para metais mais resistentes à fadiga, que seria útil em quase todos os ambientes de engenharia. "

p Gao foi co-autor do estudo com Haofei Zhou, um pesquisador de pós-doutorado na Brown, junto com Quingson Pan, Qiuhong Lu e Lei Lu da Academia Chinesa de Ciências.

p Para estudar os efeitos da fadiga dos nanotwins, os pesquisadores galvanizaram grandes amostras de cobre com estruturas gêmeas bem espaçadas dentro dos grãos cristalinos das placas. Em seguida, eles realizaram uma série de experimentos nos quais esticaram e comprimiram as placas repetidamente em diferentes amplitudes de tensão e mediram a resposta de tensão associada ao material usando um sistema de teste de fadiga. Começando com uma amplitude de deformação de 0,02 por cento, os pesquisadores aumentaram progressivamente a amplitude a cada 1, 500 ciclos a 0,04, então 0,06, finalmente chegando a 0,09 antes de diminuir as amplitudes de deformação.

p Os testes mostraram que a resposta ao estresse do cobre nanotivado rapidamente se estabilizou em cada amplitude de deformação. Mais importante, Gao disse, o estudo descobriu que a resposta ao estresse em cada amplitude de deformação foi a mesma durante a segunda metade do experimento, quando o metal foi ciclado através de cada amplitude de deformação uma segunda vez. Isso significa que o material não endureceu ou amoleceu sob a pressão, como a maioria dos metais faria.

p "Apesar de já ter passado por milhares de ciclos de tensão, o material mostrou a mesma resposta ao estresse, "Gao disse." Isso nos diz que a reação à deformação cíclica é independente da história - o dano não se acumula como acontece com os materiais comuns. "

p Para comparação, os pesquisadores realizaram experimentos semelhantes em amostras não nanotivadas, que apresentou endurecimento e amolecimento significativos (dependendo do material) e exibiu o tipo de efeitos de fadiga cumulativos que são comuns na maioria dos metais.

p Para entender o mecanismo por trás dessa resistência à fadiga, os pesquisadores realizaram simulações de supercomputador da estrutura atômica do metal. No nível atômico, a deformação material se manifesta por meio do movimento de deslocamentos - defeitos de linha na estrutura cristalina onde os átomos são empurrados para fora do lugar. As simulações mostraram que as estruturas nanotwin organizam deslocamentos relacionados à tensão em bandas lineares chamados deslocamentos de colar correlacionados (nomeados por sua aparência de colar de contas na simulação). Dentro de cada grão de cristal, os deslocamentos permanecem paralelos entre si e não bloqueiam o movimento um do outro, razão pela qual os efeitos das luxações são reversíveis, Gao diz.

p "Em um material normal, o dano por fadiga se acumula porque os deslocamentos se enredam e não podem ser desfeitos, "disse ele." No metal geminado, os deslocamentos de colar correlacionados são altamente organizados e estáveis. Então, quando a tensão é relaxada, os deslocamentos simplesmente recuam e não há danos acumulados na estrutura do nanotwin ".

p Os metais não são totalmente imunes à fadiga, Contudo. A resistência à fadiga demonstrada no estudo está dentro de cada grão cristalino. Ainda há danos que se acumulam nos limites entre os grãos. Mas a resistência interna do grão à fadiga "retarda o processo de degradação, então a estrutura tem uma vida de fadiga muito mais longa, "Disse Gao.

p O grupo de pesquisa de Gao trabalhou extensivamente em metais nanotwinned, mostrando anteriormente que as estruturas nanotwin podem melhorar a resistência de um metal - a capacidade de resistir à deformação, como flexão - e ductilidade, a capacidade de se esticar sem quebrar. Esta nova descoberta sugere ainda outra vantagem para metais geminados. Ele e seus colegas esperam que esta última pesquisa incentive os fabricantes a encontrar novas maneiras de criar nanotwins em metais. O método de galvanoplastia usado para fabricar o cobre para este estudo não é prático para fazer componentes grandes. E embora existam algumas formas de metal geminado disponíveis agora (plasticidade induzida por geminação ou aço "TWIP" é um exemplo), os cientistas ainda estão procurando maneiras baratas e eficientes de fazer metais e ligas com estruturas gêmeas.

p "É ainda mais uma arte do que uma ciência, e não o dominamos ainda, "disse o Lu, um dos autores correspondentes da Academia Chinesa de Ciências. "Esperamos que, se apontarmos os benefícios que você pode obter com a geminação, pode estimular os especialistas em fabricação a encontrar novas ligas que se combinem facilmente. "