Um novo tempo para o titânio (2)

Estratégias de projeto que interrompam o processo de embaralhamento do átomo de oxigênio ou promovam nanoestruturas para impedir o acúmulo de deslizamentos planares podem levar a ligas melhores. Essas ligas teriam aplicações, especialmente nas indústrias automotiva e aeroespacial, diz Minor.

Titânio nanotwinned por crioforjamento

O professor Andrew Minor derrama nitrogênio líquido em uma amostra de titânio, demonstrando o processo de crio-forjamento usado para criar titânio nanogêmeo em seu laboratório. (Foto de Adam Lau/Berkeley Engineering)

Para resolver essas e outras questões, a equipe conta com uma combinação de modelagem computacional, microscopia eletrônica de transmissão (TEM) e outras modalidades de imagem e experimentos.

“Uma das coisas boas neste projeto é que às vezes os computacionalistas e teóricos estão um pouco à frente, e outras vezes são os experimentalistas”, diz Asta. "Nos encontramos com frequência e conversamos sobre nossas descobertas e novas ideias."

O estudo da equipe sobre a sensibilidade do titânio ao oxigênio, por exemplo, levou a um estudo de titânio ligado a alumínio e oxigênio. Eles descobriram que a fragilização do oxigênio poderia ser eliminada pela adição de pequenas quantidades de alumínio, especialmente em temperaturas criogênicas, que estão abaixo de -150 graus Celsius.

Com as quantidades certas de alumínio e oxigênio, diz a equipe, uma nova ordenação da estrutura cristalina do titânio evitou um embaralhamento dos átomos de oxigênio que levaria a um acúmulo prejudicial de deslocamentos e, em última instância, a fraturas. Além do mais, como a introdução do alumínio reduziu a sensibilidade geral do titânio ao oxigênio, os custos de processamento para criar um metal utilizável também seriam reduzidos.

Em ainda outro estudo, a equipe analisou pesquisas que remontam à década de 1960, mostrando que muitos metais e ligas apresentam aumentos dramáticos na ductilidade quando submetidos a pulsos elétricos periódicos durante a deformação do metal. No entanto, os mecanismos subjacentes que explicam por que esta chamada eletroplasticidade pode ser verdadeira não são claros.

“A eletroplasticidade pode levar à redução de custos de processamento metalúrgico, uma vez que é necessária menos energia para formar o metal com pulsos elétricos do que aquecer todo o metal a uma alta temperatura para atingir a mesma conformabilidade”, diz Minor. "Curiosamente, este efeito da eletroplasticidade é universal, pois demonstrou funcionar essencialmente para todos os metais, não apenas para o titânio."

A equipe realizou testes de tração do metal em três condições diferentes: temperatura ambiente sem corrente elétrica, com pulso elétrico periódico de 100 milissegundos de duração e com corrente constante. Como a aplicação de corrente elétrica aquece o metal, a equipe estava preocupada em distinguir os efeitos causados ​​exclusivamente pela eletricidade daqueles causados ​​pelo calor.

Seus resultados mostraram que, apesar de utilizar um pulso periódico menor do que estudos anteriores, o método de corrente pulsada melhorou o alongamento à tração da liga de titânio, bem como sua resistência máxima. Eles observam que este efeito foi específico apenas para o experimento de corrente pulsada.

Com a ajuda do TEM para observar mudanças na estrutura cristalina do metal, seus resultados sugerem que o tratamento por corrente pulsada suprime os deslocamentos de deslizamento planares. Os pesquisadores descobriram que o pulso elétrico endurece o material e frustra o desenvolvimento do deslizamento planar, mantendo um padrão de deslocamento 3D difuso que, em última análise, proporciona alta resistência e ductilidade.

(Continua)