Nowa technika badania struktury krystalicznej stali nierdzewnej

Nowa technika badania struktury krystalicznej stali nierdzewnej

Naukowcy z Uniwersytetu Manchester oraz Institutu Nauk Stosowanych z Lyonu opracowali wspólnie z laboratorium ESRF (European Synchrotron Radiation Facility) w Grenoble, technikę pozwalającą określić wpływ pęknięć na wewnętrzną trójwymiarową strukturę krystaliczną stali nierdzewnej. Metoda ta pozwoli lepiej zrozumieć zachowanie materiałów poddawanych naprężeniom w środowiskach korozyjnych.

Obciążenia i naprężenia w środowisku korozyjnym mogą powodować pękanie elementów wykonanych ze stali nierdzewnej, co w dalszej konsekwencji może prowadzić do ich uszkadzania.

W celach eksperymentalnych, naukowcy wzięli kawałek drutu ze stali nierdzewnej o średnicy 0,4 milimetra i umieścili go w symulowanych warunkach zbliżonych do tych panujących w elektrowniach. Następnie stworzyli przy pomocy opracowanej przez ESRF technice dyfrakcyjnej tomografii kontrastowej, trójwymiarową mapę ziarnistej struktury drutu. Wiązka promieniowania została wycelowana w kryształy metalu pod różnymi kątami, tworząc mapę zawierającą kształty, pozycje i orientacje 362 różnych ziaren.

Kolejna faza eksperymentu polegała poddaniu umieszczonego w korozyjnym płynie drutu działaniu sił, które powiększyły mikropęknięcia pomiędzy ziarnami. Gdy pęknięcia się powiększały, wykonywany był trójwymiarowy skan, który pozwolił śledzić postępujące pękanie.

„Pęknięcia powiększały się wzdłuż granic pomiędzy ziarnami umieszczonymi na trójwymiarowej mapie. Mogliśmy obserwować powiększające się pęknięcia, ale i pewne granice ziaren, które były odporne na pęknięcia,” – powiedział Andrew King z Manchester University. „Niektóre z granic odpornych na pęknięcia zaskoczyły nas samych.”

King twierdzi, że udało się dowieść skuteczności nowej techniki tomografii, w związku z czym przyszedł czas na kolejną fazę, która skupiać się będzie wokół udoskonalenia techniki tak, by była ona bardziej przyjazna dla użytkownika.

„Obecnie, przejście od zdjęć zrobionych podczas eksperymentu do mapy ziaren wymaga dość skomplikowanych obliczeń matematycznych.” – powiedział King. „Do przetworzenia jest ogromna ilość danych. Kolejnym krokiem będzie uproszczenie tej techniki i uczynienie jej przyjaźniejszą dla użytkownika.”

Technika ta może mieć ogromne znaczenie dla przemysłu metalurgicznego. Materiały zawierające więcej takich granic będą odporniejsze na pękanie. Możliwość badania powstawania pęknięć na miejscu pozwoli naukowcom wytypować struktury ziarniste, które są najbardziej odporne. W dalszej konsekwencji wpłynie to na poprawę bezpieczeństwa i efektywności elektrowni, pozwoli także zastąpić wykorzystywane stopy, lżejszymi, a równie odpornymi.

(lk)