Una lega metallica straordinaria per resistenza e tenacità

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I ricercatori dell’Università di Berkeley hanno scoperto una straordinaria lega metallica che non si rompe a temperature estreme, grazie all’attorcigliamento o alla piegatura dei cristalli presenti a livello atomico.

Una lega metallica composta da niobio, tantalio, titanio e afnio dotata di forza e tenacità impressionanti a temperature estreme, calde e fredde, con una combinazione di proprietà che finora sembrava quasi impossibile da ottenere. In questo contesto, la resistenza è la quantità di forza che un materiale può sopportare prima di essere deformato in modo permanente dalla sua forma originale e la tenacità è la sua resistenza alla frattura (cracking). La resistenza della lega alla flessione e alla frattura in un’ampia gamma di condizioni potrebbe aprire la strada a una nuova classe di materiali per i motori di prossima generazione, perché sarebbero in grado di funzionare con efficienze più elevate.

La ricerca è stata guidata da Robert Ritchie, docente dell’Università della California Berkeley. La lega di questo studio proviene da una nuova classe di metalli nota come leghe refrattarie ad alta o media entropia (RHEA/RMEA). La maggior parte dei metalli che vediamo nelle applicazioni commerciali o industriali sono leghe costituite da un metallo principale mescolato con piccole quantità di altri elementi, ma gli RHEA e gli RMEA sono realizzati mescolando quantità quasi uguali di elementi metallici con temperature di fusione molto elevate, ottenendo proprietà uniche che gli scienziati indagano da diversi anni.

Un comportamento atipico

Solitamente la maggior parte degli RMEA ha una resistenza alla frattura molto scarsa, ma la lega RMEA di niobio, tantalio, titanio e afnio (Nb45Ta25Ti15Hf15) è stata in grado di battere anche l’acciaio criogenico, risultando oltre 25 volte più resistente delle tipiche RMEA a temperatura ambiente. Poiché i motori non funzionano a temperatura ambiente, gli scienziati hanno valutato la resistenza e la tenacità a cinque temperature totali: -196°C (la temperatura dell’azoto liquido), 25°C (temperatura ambiente), 800°C, 950°C e 1200°C. L’ultima temperatura corrisponde a circa un quinto della temperatura della superficie del sole. Il team di Berkeley ha scoperto che la lega aveva la massima resistenza al freddo e diventava leggermente più debole con l’aumentare della temperatura, ma vantava comunque valori impressionanti in tutto l’ampio intervallo. La resistenza alla frattura, calcolata in base alla forza necessaria per propagare una fessura esistente in un materiale, è risultata notevole a tutte le temperature.

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