El proyecto

Nuestro proyecto

Las tensiones residuales, tanto macroscópicas como microscópicas se originan durante los procesos metalúrgicos convencionales. Conocer su magnitud y distribución es de gran importancia en el diseño estructural en aplicaciones donde intervienen fenómenos de fatiga, corrosión bajo tensión o ciclos térmicos (e.g., en la industria nuclear). La importancia de dichas tensiones se refleja en el gran número de artículos publicados en los últimos años: artículos centrados fundamentalmente en conocer tensiones macroscópicas. Sin embargo, hasta la fecha no hay trabajos experimentales que cuantifiquen la magnitud de las tensiones microscópicas. Esta carencia se debe, por un lado, a las limitaciones propias de las técnicas de difracción (neutrones y radiación de sincrotrón). Al ser el volumen de medida muy superior al de la variación de estas tensiones microscópicas, su cálculo se complica enormemente ya que los métodos empleados para el caso de las tensiones macroscópicas no son válidos para las tensiones microscópicas. Además, no hay un procedimiento fiable para obtener el valor relajado del parámetro de red, factor clave en el cálculo de tensiones residuales.

En este proyecto se pretende desarrollar una metodología que permita obtener mapas de tensiones microscópicas, en particular en aleaciones de aluminio. El procedimiento empleará resultados experimentales de difracción procedentes de grandes instalaciones europeas, fundamentalemente mediante difracción de neutrones, y que se analizarán usando técnicas computacionales que manejan un gran número de variables (Algoritmos Evolutivos). El procedimiento se basará en el análisis de los deplazamientos de los picos de difracción y, fundamentalmente, de su ensanchamiento. Además, se abordará el problema de disponer de un valor relajado del espaciado de red para este análisis.

Hay que resaltar la necesidad de dos Grupos de investigación complementarios para abordar este problema. Uno de los Grupos (CENIM) se focalizará en los aspectos experimentales (estudio de la microestructura de los materiales, incluyendo hasta la escala nanométrica, y experimentos de difracción) que suminstrará la información necesaria para abordar el problema por métodos computacionales. El segundo Grupo (UCM) centrará los esfuerzos en el desarrollo de las técnicas computacionales (Algoritmos Evolutivos) precisas para dar una solución al problema planteado. Es imprescindible una estrecha colaboración entre ambos grupos, con trayectorias y experiencia muy diferentes, para alcanzar el éxito en el proyecto.

Our project

Residual stresses, both macroscopic and microscopic, originate during conventional metallurgical processes. Knowing their magnitude and distribution is of great importance in the structural design in applications where fatigue, stress­corrosion or thermal cycles may occur (e.g., in the nuclear industry). The importance of these stresses is reflected in the large number of articles published in recent years: articles focused primarily on knowing macroscopic stresses. However, to date, there are no experimental works that quantify the magnitude of microscopic stresses. This lack is due, on the one hand, to the limitations of diffraction techniques (neutrons and synchrotron radiation). Since the gauge volume is much higher than the variation of these microscopic stresses, its calculation becomes greatly complex since the methods used for the case of macroscopic stresses are not valid for the microscopic ones. In addition, there is no reliable procedure to obtain the un­stresses value of the lattice parameter, a key factor in the calculation of residual stresses.​

The aim of this project is to develop a methodology that allows obtaining maps of microscopic stresses, particularly in aluminium alloys. The procedure will use experimental diffraction data obtained in European large facilities, primarily by neutron diffraction, and will be analyzed using computational techniques that handle a large number of variables (evolutionary algorithms). The procedure will be based on the analysis of the displacements of the diffraction peaks and, more specifically, of their broadening. In addition, the problem of having a un­stresses lattice spacing value required for this analysis will be addressed.

It is worth highlighting the need of two complementary research Groups to deal with this problem. One of the Groups (CENIM) will be focused on the experimental aspects (the study of the microstructure of materials, up to the nanometric scale, and diffraction experiments) that will provide the necessary information to address the problem by computational methods. The second Group (UCM) will focus its efforts on the development of the computational techniques /(Evolutionary Algorithms) to provide a solution to the problem proposed. It is necessary a close collaboration between both groups, with very different trajectories and expertise, for the success of the project.