Mecânica

Aço que imita osso resiste 100 vezes mais à fadiga

Aço que imita osso resiste 100 vezes mais à fadiga
É difícil imitar com precisão a estrutura dos ossos, mas os metalurgistas estão chegando lá. [Imagem: Motomichi Koyama et al. - 10.1126/science.aal2766]

Aço imune à fadiga

Introduzir no aço uma nanoestrutura laminada, similar à encontrada nos ossos, torna o metal muito mais resistente às rachaduras em micro e macro escalas que surgem a partir do estresse repetitivo.

O desenvolvimento, não apenas de novos tipos de aço, mas também de outras ligas metálicas com esta estrutura, tem potencial para melhorar a segurança de todas as estruturas metálicas - de máquinas e veículos a edifícios - que devem suportar cargas cíclicas.

A questão chave é que o aço torna-se suscetível a trincas e rachaduras quando é submetido repetidamente a cargas - pense em uma ponte metálica, por onde passam veículos e caminhões; após a passagem de cada veículo, o aço da ponte retorna ao estado de "repouso", sem carga. Isto resulta na chamada "fadiga" do material.

Motomichi Koyama e seus colegas da Universidade Kyushu, no Japão, foram buscar inspiração nos ossos, que também são submetidos a essa ciclagem constante, mas possuem uma resistência superior à do aço devido à sua subestrutura hierárquica e laminada.

Aço nanoestruturado

Para começar a trabalhar, a equipe procurou por tipos de aço cujas estruturas já são naturalmente comparáveis à do tecido ósseo. Eles identificaram dois: o aço perlítico ferrita-cementita e o aço de plasticidade induzida de martensita-austenita.

Partindo da estrutura original, os pesquisadores fizeram melhorias adicionais em ambos os tipos de aço, de modo que eles passassem a apresentar características as mais próximas possíveis daquelas dos ossos, que tipicamente resistem muito bem à propagação de rachaduras.

As melhorias deram resultado, com os dois aços otimizados mostrando-se significativamente mais resistentes à fadiga do que qualquer tipo de aço industrial. A equipe submeteu seu aço nanolaminado a ciclos repetidos de estresse, verificando que o desenvolvimento das fissuras microscópicas foi adiada em 107 ciclos em relação aos dois tipos de aço originais.

A equipe agora pretende otimizar ainda mais as melhorias, para que o aço torne-se resistente a amplitudes maiores de estresse. Em seu artigo, eles já propõem vários mecanismos que pretendem testar para obter essa melhoria adicional. Também será necessário estudar como passar o método usado em laboratório para a escala industrial.

Bibliografia:

Bone-like crack resistance in hierarchical metastable nanolaminate steels
Motomichi Koyama, Zhao Zhang, Meimei Wang, Dirk Ponge, Dierk Raabe, Kaneaki Tsuzaki, Hiroshi Noguchi, Cemal Cem Tasan
Science
Vol.: 355 Issue 6329 1055-1057
DOI: 10.1126/science.aal2766




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