Scheuren in 3D | Technisch Weekblad
Nieuws

Scheuren in 3D

Voor het eerst is vastgelegd wat voor effect een groeiende scheur precies heeft op de driedimensionale kristalstructuur van roestvrij staal.

Onderzoekers van de University of Manchester in Groot-Brittannië, het National Institute of Applied Sciences in Frankrijk, en de European Synchrotron Radiation Facility hebben met een nieuwe grain mapping techniek de interne driedimensionale structuur van het roestvrij stalen materiaal vastgelegd zonder het monster te vernietigen. Zij legden vast hoe een scheur zich in dit materiaal ontwikkelt. De onderzoekers publiceerden hun bevindingen vorige week in het wetenschappelijk tijdschrift Science.

Het scheuren van roestvrij staal is een algemeen probleem bij vele gebouwen. Zo kan het scheuren van roestvrij staal in kerncentrales lijden tot grote problemen, al wordt dit goed in de gaten gehouden. De scheuren ontstaan op zwakke plekken die zich in de staalconstructies bevinden.

Staalatomen zijn geordend in kristallen. Dit houdt in dat de atomen van staal zich netjes geordend in een structuur bevinden: de kristalstructuur. Het gebeurt echter dat twee kristallen in een verschillende positie tegen elkaar aanliggen. Op het raakvlak van deze twee structuren ontstaat dan een zwakke plek.

Het internationale onderzoeksteam heeft een nieuwe techniek ontwikkeld, genaamd 'diffractie contrast tomografie'. Met behulp van afbuigende lichtgolven maakte het team een driedimensionaal beeld van alle kristallen in een deel van een roestvrijstalen draad van 0,4 millimeter in diameter. Deze ‘3D-kaart’ bevatte de vormen, posities en oriëntaties van 362 verschillende kristallen.

Toen al deze kristallen in 3D waren vastgelegd, was het tijd voor de tweede stap: de roestvrij stalen draad werd in een corrosieve vloeistof gedompeld, waarna er spanning op de draad werd uitgeoefend. Hierdoor ontstonden er microfracturen in de draad, precies op de raakvlakken van de kristallen. Tijdens de groei van deze microfracturen maakten de onderzoekers driedimensionale tomografische scans (van 30 minuten elk) op intervallen van iets meer dan twee uur om deze groei van de scheuren vast te leggen.

Maar de onderzoekers legden niet alleen de scheuren vast. Ook de raaklijnen tussen kristallen die niet gevoelig waren voor scheuren, werden nauwkeurig vastgelegd in het 3D-model. De onderzoekers hadden bij sommige van deze scheurresistente grensvlakken verwacht dat ze juist wel zouden scheuren.

Deze vinding kan dan ook van groot belang zijn voor de metaalkunde. Als er meer bekend wordt over de precieze structuur van deze scheurresistente raakvlakken, dan kan deze kennis in de praktijk worden toegepast, wat bijvoorbeeld lijdt tot stevigere gebouwen. Maar de kennis kan ook van groot belang zijn voor de ontwikkeling van lichtgewicht legeringen.


Bron: ESRF

Ontvang de nieuwsbrief

Meld je nu aan!