Un equipo de investigadores de la Universidad de Manchester (Reino Unido), del Instituto Nacional de Ciencias Aplicadas (INSA) de Lyon (Francia) y de la Instalación Europea de Radiación Sincrotrónica (ESRF) han revelado cómo interacciona una grieta en crecimiento con la estructura cristalina tridimensional del acero inoxidable. Los científicos han desarrollado una nueva técnica de representación del grano en 3D para determinar la estructura tridimensional interna del material sin necesidad de destruir la muestra, lo que permite estudiar el crecimiento de una grieta entre los granos del acero inoxidable.
Las grietas pueden aparecer en componentes de acero inoxidable cuando las cargas o los esfuerzos se combinan con un entorno corrosivo que ataca las "sensibles" fronteras de los granos. Dichas grietas representan un mecanismo de fallo crítico del material. En las centrales eléctricas, ciertas fronteras del grano pueden sensibilizarse durante los tratamientos térmicos, o durante la irradiación con neutrones rápidos en el caso de las centrales nucleares.
La mayor parte de los metales empleados en aplicaciones de ingeniería están compuestos por un gran número de pequeños cristales o granos. Los científicos han utilizado la nueva técnica, denominada tomografía de contraste por difracción, desarrollada en el ESRF, para obtener una representación 3D de todos los granos de una sección de cable de acero inoxidable de 0,4 mm de diámetro. Ese mapa contiene la forma, la posición y la orientación de 362 granos diferentes. La siguiente etapa del experimento incluía la inmersión del cable en un líquido corrosivo adecuado, y la aplicación de carga para generar microgrietas entre los granos.
Durante el crecimiento de las grietas, se realizaron barridos tomográficos 3D (de 30 minutos cada uno) a intervalos de dos horas y unos minutos, para seguir la evolución de la grieta. Este es el primer experimento in situ de este tipo que utiliza técnicas no destructivas de representación 3D del grano. “Las grietas crecieron a lo largo de las fronteras entre los granos que habíamos representado en 3D, y pudimos visualizar tanto la grieta en crecimiento como ciertas fronteras especiales que resisten las grietas”, ha explicado Andrew King, autor del documento publicado en Science. “Algunas de esas fronteras resistentes no eran las que esperábamos", ha añadido.
Las fronteras especiales resistentes a las grietas pueden ser de gran importancia para la industria metalúrgica. Los materiales que contienen más de esas fronteras son también más resistentes a este tipo de grietas. La posibilidad de estudiar el crecimiento de las grietas in situ permitirá a los científicos comprender qué tipos de estructuras de grano proporcionan los materiales de mejores características, permitiendo obtener, por ejemplo, centrales eléctricas más seguras y eficientes y, en general, aleaciones más ligeras en otros sectores de la metalurgia y la ingeniería.
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