Investigadores de la Universidad de Virginia (UVA) están utilizando neutrones para explorar el trabajo fundamental en el mapeo de estrés residual que promete ciencia más precisa en el futuro para el Laboratorio Nacional Oak Ridge (ORNL) e instalaciones similares en todo el mundo.

Dirigido por Sean Agnew, el grupo tiene como objetivo obtener reflejos más precisos de los niveles de estrés concentrado dentro de un material utilizando difracción de neutrones. Las tensiones residuales son tensiones que permanecen dentro de un material sólido incluso después de que se elimina la causa original de la tensión. Este tipo de tensiones pueden ocurrir a través de una variedad de mecanismos, como deformaciones inelásticas, gradientes de temperatura, o cambios estructurales.

Usando el instrumento Neutron Residual Stress Mapping Facility en el reactor de isótopos de alto flujo de ORNL, Línea de luz HFIR HB-2B, los investigadores pueden estudiar las tensiones residuales en el acero, aluminio, superaleaciones, y otros materiales estructurales. La investigación del equipo proporcionará información sobre la precisión de las mediciones de mapeo de tensión residual en tales materiales cuando el haz de neutrones debe viajar grandes distancias a través de la muestra. Los miembros del equipo incluyen a Robert Klein de UVA, Matthew Steiner (ahora en la Universidad de Cincinnati), y John Einhorn (ahora con National Grid).

"Lo que nos interesa, con mapeo de tensiones residuales, está obteniendo las mediciones más precisas posibles, ", dijo Steiner." Así que tenemos un haz de neutrones muy pequeño que ubicamos dentro de la muestra, luego mapeamos los cambios en el espaciado de la celosía que corresponden a la tensión en el material ".

"Un experimento que llevamos a cabo consistió en mapear el estado de tensión residual resultante de la fundición, "dijo Einhorn." Cuando lanzas un metal, enfría de afuera hacia adentro, por lo que el exterior se solidifica mientras que el interior todavía está fundido. Porque el interior quiere encogerse mientras se enfría, pone estrés en el exterior. El exterior ahora se aprieta para tratar de igualar eso, y eso es lo que genera sus tensiones residuales ".

Los investigadores sienten especial curiosidad por saber si algún artefacto instrumental está produciendo cambios en las mediciones de la posición de los picos que podrían interpretarse erróneamente como estrés. Ese tipo de discrepancias generalmente aparecen en materiales altamente absorbentes como el uranio (estudiado aquí) cuando la ubicación de la medición está profundamente dentro del material, y en condiciones específicas en las que el pico de difracción se desplaza debido a la pérdida de la señal de origen.

"Necesita saber esto para poder restar los efectos instrumentales y obtener el nivel de estrés real en el material, "dijo Steiner.

El equipo de investigación llevó a cabo una serie de experimentos para explorar la naturaleza de un pequeño cambio en las mediciones del instrumento HB-2B que se correlacionaba con las distancias recorridas por el haz de neutrones a través de la muestra.

"Cuando un haz de neutrones atraviesa un material, partes de los espectros de longitud de onda se absorben más que otras, que creemos provoca un cambio en la medición del instrumento, ", dijo Steiner." Estamos tratando de averiguar la razón de eso y cuantificar cuánta longitud de onda se absorbe ".

Los datos resultantes de esta investigación tendrán un gran impacto científico y de ingeniería, validar los datos obtenidos previamente de ciertos materiales en el instrumento HB-2B y las correcciones de desplazamiento de picos que se han calculado. Este trabajo conducirá a pautas mejoradas para los científicos que trabajan en la línea de luz HB-2B que desean medir parámetros de celosía de muestras grandes que requieren longitudes de trayectoria significativas en la muestra. o profundidades.

"Es un experimento divertido y bueno, ciencia fundamental, "dijo Einhorn." Pero más significativamente, es importante, y el impacto que tendrá conducirá a una ciencia más precisa en el instrumento HB-2B ".

Los desarrollos posteriores están habilitando herramientas de software analítico que alertan a los investigadores sobre situaciones en las que ciertas combinaciones de condiciones de muestra y difracción plantean problemas potenciales. y en algunos casos, proporcionar correcciones de datos para mejorar la precisión.

Los resultados de la investigación del equipo se publicaron en el Revista de Cristalografía Aplicada .