Database della fatica di leghe metalliche complesse
Dati scientifici, volume 10, numero articolo: 447 (2023) Citare questo articolo
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Gli ultimi decenni hanno assistito a rapidi progressi nella ricerca e nello sviluppo di leghe metalliche complesse come vetri metallici e leghe con elementi multiprincipali, che offrono nuove soluzioni per affrontare i problemi ingegneristici dei materiali come il conflitto resistenza-tenacità e l'impiego in ambienti difficili e/o per servizio a lungo termine. Un database sulla fatica (FatigueData-CMA2022) verrà compilato dalla letteratura entro la fine del 2022. I dati sia per i vetri metallici che per le leghe con elementi multiprincipali vengono inclusi e analizzati per le loro statistiche e modelli. L'estrazione automatica e l'esame manuale sono combinati nel flusso di lavoro per migliorare l'efficienza dell'elaborazione, la qualità dei dati pubblicati e la riusabilità. Il database contiene 272 set di dati sulla fatica di dati SN (la relazione sollecitazione-vita), ε-N (la relazione deformazione-vita) e da/dN-ΔK (la relazione tra il tasso di crescita delle cricche da fatica e l'intervallo del fattore di intensità della sollecitazione). , insieme alle informazioni sui materiali, sulle condizioni di lavorazione e prova e sulle proprietà meccaniche. Il database e gli script vengono rilasciati in repository aperti, progettati in formati che possono essere continuamente espansi e aggiornati.
I materiali metallici sono così importanti che lo sviluppo storico della civiltà umana può essere rappresentato dal loro utilizzo (Fig. 1a). La ricerca e lo sviluppo di leghe metalliche incarnano e promuovono i progressi nelle scienze dei materiali, negli strumenti sperimentali e nei processi di produzione. Lo sviluppo iniziale delle leghe avanzate avviene in gran parte empiricamente, per tentativi ed errori. Nel corso del XX secolo si sono gradualmente affermati metodi teorici e numerici1,2,3,4 basati sulla fisica e sulla chimica dei metalli. Tuttavia, rimane difficile risolvere la complessità che collega le microstrutture delle leghe metalliche alle loro prestazioni. Anche nel limite dei cristalli singoli (SC) dove i confini dei grani (GB) vengono eliminati per il guadagno di eccezionali prestazioni meccaniche alle alte temperature5, difetti come le reti di dislocazioni evolvono con deformazione plastica e disturbano la perfezione delle strutture cristalline. Recentemente, l'esplorazione di materiali con nano- o microstrutture predefinite come le leghe nano-cristalline (NC), nanotwinned (NT) e classificate funzionalmente (FG) ha riscontrato grande successo nella scoperta di leghe ad alte prestazioni. Ad esempio, il rafforzamento GB (noto anche come effetto Hall-Petch6,7) guida lo sviluppo di leghe ad alta resistenza affinando i grani a un livello specifico8. La ricerca è stata dedicata anche allo sviluppo di leghe metalliche complesse come i vetri metallici (MG) e vengono proposti e prodotti quelli con più elementi principali9,10. L'eterogeneità chimica e strutturale si è dimostrata in grado di ostacolare gli scivolamenti cristallografici e di migliorare la resistenza e la tenacità alla frattura11,12.
Complessità delle leghe metalliche. (a) Lo sviluppo di leghe metalliche, tecnologia di produzione, criteri di progettazione ingegneristica e scienza. La sequenza temporale è ridimensionata per periodi diversi per chiarezza di presentazione. Ogni barplot circolare presenta i livelli di quattro proprietà delle leghe metalliche con il relativo nome segnato al centro. "AM" indica le leghe prodotte in modo additivo, "MG" indica il vetro metallico e "MPEA" indica la lega con elementi multiprincipali. Il quarto in alto a sinistra denota la complessità del materiale, come illustrato nel pannello b. Il quarto in alto a destra indica la conoscenza umana del materiale. Il quarto in basso a sinistra indica la gamma di applicazioni del materiale. Il quarto in basso a destra indica il potenziale del materiale da sviluppare con prestazioni meccaniche superiori. (b) La complessità delle leghe metalliche comprende la composizione chimica, le strutture a livello atomico e le microstrutture. Viene evidenziata la complessità di MG e MPEA in ciascun aspetto.