Ciencia de los Materiales
Los extraños casos de piezas de metal agrietadas que se autorreparan
¿Qué podríamos pensar si un día, al someter a una fuerte tensión estructural a una pieza de metal agrietada, en vez de que dicha grieta se extienda más por la pieza, se cierra?
Esto les ocurrió a unos científicos del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) en Cambridge, Estados Unidos, y su asombro fue tan grande que inicialmente pensaron que debía ser un error. Pero no era un error, como han comprobado tras un meticuloso estudio: Bajo ciertas condiciones, cuando a una pieza de metal agrietada se la somete a una tensión estructural fuerte, o sea, se ejerce sobre ella una fuerza que se esperaría que la rompiera, experimenta el efecto contrario. La fuerza ejercida hace que la grieta se cierre, fusionándose sus bordes y desapareciendo.
El sorprendente hallazgo, hecho por el equipo de Guoqiang Xu y Michael Demkowicz, del MIT, podría conducir a materiales que se autorreparen ante daños incipientes antes de que estos daños puedan propagarse.
Al respecto de cuál es el singular fenómeno que obra el "milagro" de que las grietas se cierren en vez de propagarse, la explicación que ha encontrado el equipo de investigación radica en cómo las fronteras de grano interactúan con las grietas en la microestructura cristalina de un metal, níquel en este caso, que es la base de "superaleaciones" usadas en entornos extremos, como en pozos petrolíferos a gran profundidad bajo el mar.
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La migración de fronteras de grano es la clave para la reparación de las grietas. Sin embargo, la autorreparación sólo se produce en cierto tipo de frontera: Una que se extiende parcialmente dentro de un grano, pero no del todo. Esto crea un tipo de defecto conocido como disclinación. (Imagen: MIT)
Creando un modelo digital para ejecutar simulaciones por ordenador de esa microestructura y estudiando su respuesta a varias condiciones, los investigadores encontraron que existe un mecanismo que puede, en principio, cerrar grietas al ser aplicada una tensión estructural cualquiera.
Muchos metales están compuestos de pequeños granos cristalinos cuyos tamaños y orientaciones pueden afectar a la fortaleza del material y a otras características. Pero Demkowicz y Xu comprobaron que, bajo ciertas condiciones, la fuerza aplicada hace que la microestructura cambie: Puede hacer que las fronteras de grano migren. Esta migración de fronteras de grano es la clave para la reparación de las grietas.
La idea de que las fronteras de grano cristalino pueden migrar dentro de un metal sólido ha sido estudiada ampliamente durante la última década. Sin embargo, la autorreparación sólo se produce en cierto tipo de frontera: Una que se extiende parcialmente dentro de un grano, pero no del todo. Esto crea un tipo de defecto conocido como disclinación.
Las disclinaciones se observaron por primera vez hace un siglo, pero se las había considerado simplemente como una curiosidad. Cuando Demkowicz y Xu descubrieron el comportamiento de reparación de grietas, les llevó tiempo convencerse de que lo que estaban viendo era obra de disclinaciones.
Información adicional
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Esto les ocurrió a unos científicos del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) en Cambridge, Estados Unidos, y su asombro fue tan grande que inicialmente pensaron que debía ser un error. Pero no era un error, como han comprobado tras un meticuloso estudio: Bajo ciertas condiciones, cuando a una pieza de metal agrietada se la somete a una tensión estructural fuerte, o sea, se ejerce sobre ella una fuerza que se esperaría que la rompiera, experimenta el efecto contrario. La fuerza ejercida hace que la grieta se cierre, fusionándose sus bordes y desapareciendo.
El sorprendente hallazgo, hecho por el equipo de Guoqiang Xu y Michael Demkowicz, del MIT, podría conducir a materiales que se autorreparen ante daños incipientes antes de que estos daños puedan propagarse.
Al respecto de cuál es el singular fenómeno que obra el "milagro" de que las grietas se cierren en vez de propagarse, la explicación que ha encontrado el equipo de investigación radica en cómo las fronteras de grano interactúan con las grietas en la microestructura cristalina de un metal, níquel en este caso, que es la base de "superaleaciones" usadas en entornos extremos, como en pozos petrolíferos a gran profundidad bajo el mar.
La migración de fronteras de grano es la clave para la reparación de las grietas. Sin embargo, la autorreparación sólo se produce en cierto tipo de frontera: Una que se extiende parcialmente dentro de un grano, pero no del todo. Esto crea un tipo de defecto conocido como disclinación. (Imagen: MIT)
Creando un modelo digital para ejecutar simulaciones por ordenador de esa microestructura y estudiando su respuesta a varias condiciones, los investigadores encontraron que existe un mecanismo que puede, en principio, cerrar grietas al ser aplicada una tensión estructural cualquiera.
La idea de que las fronteras de grano cristalino pueden migrar dentro de un metal sólido ha sido estudiada ampliamente durante la última década. Sin embargo, la autorreparación sólo se produce en cierto tipo de frontera: Una que se extiende parcialmente dentro de un grano, pero no del todo. Esto crea un tipo de defecto conocido como disclinación.
Las disclinaciones se observaron por primera vez hace un siglo, pero se las había considerado simplemente como una curiosidad. Cuando Demkowicz y Xu descubrieron el comportamiento de reparación de grietas, les llevó tiempo convencerse de que lo que estaban viendo era obra de disclinaciones.
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