• 11/01/2012

Verbeterde meting staalelasticiteit

Nieuwe, theoretische methode zet de elasticiteitsmodulus van staalkristallen uit in verschillende richtingen.

Trefwoorden: #elasticiteitsmodulus, #eleasticiteit, #staal

Lees verder

research

ENGINEERINGNET -- Het is niet eenvoudig de elastische eigenschappen van staal vast te stellen door te experimenteren op afzonderlijke kristallen. Nu is toch verbetering in zicht.

Daarvoor zorgde het Kungliga Tekniska Högskolan KTH,dus het Koninklijk Instituut voor Technologie, uit Stockholm, Zweden.

Daar heeft een onderzoeksteam nieuwe theoretische methodes ontwikkeld om elastische eigenschappen van staal in verband te brengen met elektronenstructuur en magnetische karakteristieken van dat staal.

Onder een microscoop ziet de staalstructuur eruit als kristalkorreltjes. Gezien deze microstructuur heeft staal gewoonlijk een uniforme elasticiteit in alle richtingen, een eigenschap die wordt aangeduid als ‘isotropie’.

Maar (zie ook de grafische weergave bij dit artikel) de elastische eigenschappen van één zo’n korreltje kunnen wel zeer anisotroop zijn, wat erop neerkomt dat de korrels een verschillende elasticiteit in verschillende richtingen weergeven.

Microscopische defecten, die aanwezig zijn in elk korreltje (bijvoorbeeld door stralingsschade of plastische vervoming) vertonen interactie met mekaar via deze anisotropische elastische velden.

Dr. Pavel Korzhavyi, onderzoeker aan het Departement Materiaalwetenschappen aan KTH: “Het begrijpen van deze elastische interactie is belangrijk bij het ontwikkelen van nieuwe bouwmaterialen, inclusief staal voor kernreactoren.”

“(…) In onze laatste studies pasten we de nieuwe technologie toe om de elasticiteit van ijzer en ijzer-chroom legeringen te meten.”

De nieuwe, theoretische methode zet de berekende elasticiteitsmodulus van zuiver ijzer uit in een grafiek, als maatstaf. De uiteindelijke, volledige grafiek toont aan dat de elasticiteit in verschillende richtingen (de anisotropie) vrij laag is in ijzerkristal bij lage temperaturen (a), wanneer dus het materiaal sterk magnetisch is (ferromagnetisch).

Bij hoge temperaturen, echter, dus wanneer er sprake is van zwak magnetisme (paramagnetisme), is de anisotropie sterker (b) in de richting waarin de magnetische momenten van de ijzeratomen zijn verstoord en niet meer degelijk geordend zijn.


(KV)

(Afbeelding: Elasticiteitsmodulus van ijzer, berekend in functie van diens kristallografische oriëntatie in -a- ferromagnetische staat; -b- zwakke, paramagnetische staat )