Connect with us

Hi, what are you looking for?

Наука и технологии

Разрабатывается уникальный квантово-механический подход к определению пластичности металлов

Разрабатывается уникальный квантово-механический подход к определению пластичности металлов
Разрабатывается уникальный квантово-механический подход к определению пластичности металлов

Группа ученых из Национальной лаборатории Эймса и Техасского университета A&M разработала новый способ прогнозирования пластичности металла. Этот подход, основанный на квантовой механике, удовлетворяет потребность в недорогом, эффективном и высокопроизводительном способе прогнозирования пластичности. Команда продемонстрировала свою эффективность на тугоплавких многоэлементных сплавах. Эти материалы представляют интерес для использования в условиях высоких температур, однако им часто не хватает необходимой пластичности для потенциального применения в аэрокосмической отрасли, термоядерных реакторах и наземных турбинах.

Пластичность описывает, насколько хорошо материал может выдерживать физическую нагрузку без растрескивания или разрушения. По словам Прашанта Сингха, ученого из лаборатории Эймса и руководителя теоретического проектирования, в настоящее время не существует надежных способов прогнозирования пластичности металла . Кроме того, эксперименты методом проб и ошибок обходятся дорого и требуют много времени, особенно в экстремальных условиях.

Типичный способ моделирования атомов — твердые симметричные сферы. Однако Сингх объяснил, что в реальных материалах атомы имеют разные размеры и форму. При смешивании элементов с атомами разного размера атомы постоянно приспосабливаются, чтобы соответствовать фиксированному пространству. Такое поведение создает локальные атомарные искажения.

Новый анализ включает локальные атомные искажения при определении того, является ли материал хрупким или пластичным. Он также расширяет возможности существующих подходов. «Они [текущие подходы] не очень эффективны при различении пластичных и хрупких систем при небольших изменениях состава. Но новый подход может уловить такие нетривиальные детали, потому что теперь мы добавили квантово-механическую особенность в подход, которого не было, — сказал Сингх.

Еще одним преимуществом этого нового высокопроизводительного метода тестирования является его эффективность. Сингх объяснил, что он может быстро тестировать тысячи материалов. Скорость и мощность позволяют прогнозировать, какие комбинации материалов стоит использовать на экспериментальном уровне. Это сводит к минимуму время и ресурсы, необходимые для обнаружения этих материалов экспериментальными методами.

Чтобы определить, насколько хорошо сработал их тест на пластичность, Гаоюань Оуян, научный сотрудник лаборатории Эймса, возглавил экспериментальные усилия команды. Они провели проверочные испытания набора прогнозируемых тугоплавких сплавов с несколькими основными элементами (RMPEA). RMPEA — это материалы, которые можно использовать в условиях высоких температур, таких как аэрокосмические двигательные установки, ядерные реакторы, турбины и другие энергетические приложения.

В ходе своих проверочных испытаний команда обнаружила, что «предсказанные пластичные металлы претерпели значительную деформацию при высоких нагрузках, в то время как хрупкий металл растрескался при аналогичных нагрузках, что подтверждает надежность нового квантово-механического метода», — сказал Оуян.

Результаты опубликованы в статье «Показатель пластичности многоэлементных сплавов на основе тугоплавких материалов» в журнале Acta Materialia.

Теги: квант

В тренде