Araştırmacılar, çelikte yorulma kırılmasına neden olan mikro çatlaklara karşı dirençli ve tamamen yeni bir çelik türü geliştirdi.
Tekrarlı yük ve gerilim altında kalan parçalarda aniden meydana gelen yorulma olayı, kalıcı deformasyonlara hatta felaketlere neden olabilir. Uçak, Uzay, Köprü, Enerji Santralleri vb. tekrarlı yük ve gerilim altındaki yüksek güvenlik önlemlerine sahip yapılarda kullanılan parçaların hasara uğramasının en büyük sebeplerinden biri de yorulma olayıdır.
Mühendisler, yorulma sonucu parçanın/projenin hasara uğraması olasılığını en aza indirmek için üretim ve özellikle tasarım aşamasında yüksek güvenlik faktörleri kullanırlar. Bu durum, hem üretim aşamasında hem de parçanın/projenin kullanım ömrü boyunca maliyetlerin artmasına neden olur. Ayrıca, bu gibi sektörlerde kullanılan ortak malzeme çelik olduğundan, bilim adamları çeliğin yorulma direncini arttırmak amacıyla çalışmalar yaparak daha dirençli bir çelik elde etmenin yolunu buldu.
Bilim adamları bu çalışmada gene doğadan ilham aldı ve doğal bir malzeme olan kemiğin sahip olduğu eşsiz özellikleri taklit etmek için yaptığı araştırmalar sonucunda başarıya ulaştı.
Kemik, hafif olmasının yanında iç yapısından kaynaklı olarak çatlakların ilerlemesine karşı oldukça dirençli bir malzeme. Araştırmacılar, kemiğin kırılma mekaniğini inceleyerek, kırılma sırasındaki hiyerarşik mekanizmayı çelik üzerinde taklit etti.
Çelik içerisine, tabaka haline nanoyapılar ilave edilerek kemiksi bir direnç kazandırıldı. Çeliğin sahip olduğu tabakalı yapı, tıpkı kemiğin sahip olduğu elastikiyet gibi çeliğe de bir tür esneklik kazandırarak, mikro çatlakların ilerlemesini engelleyen bir yapıya dönüşmüş oldu.
Kemiğin kırılma mekanizması incelenerek ortaya çıkarılan hiyerarşik kırılma düzeni, çelik üzerinde taklit edilmesi için çeliğe aşağıdaki 3 özellik kazandırıldı;
- Tabakalı bir nanoyapıdan oluşturularak, çatlağın bir katmandan diğerine ulaşması zorlaştırıldı
- Farklı sertliğe sahip mikroyapısal fazların karışımından oluşturularak, çatlağın, yapı içerisinde ilerlemesi için her katmanda daha fazla enerji harcanması sağlandı
- Yarı kararlı (metastabil) bir yapıya oluşturularak, faz geçişleri sırasında çatlağın ilerlemesi engellendi, hatta bu sayede çatlağın tamamen kapanması bile söz konusu olabilir.
Tabi ki geliştirilen yeni çelik türü, köprü, enerji santralleri gibi büyük çaplı projelerde kullanılması için maliyet açısından elverişli değil. Ancak bilim adamları, malzemenin kullanım alanlarının genişlemesi ve ticari olarak faaliyete geçmek adına gerekli çalışmalara başladı.