Pesquisador do ORNL, equipe recebeu homenagens por adv

DOE/Laboratório Nacional de Oak Ridge

imagem: Dean Pierce da ORNL colaborou com a Cummins para desenvolver e criar pistões de aço 3Cr-XHTS, uma liga de aço de médio carbono e alta resistência.Veja mais

Crédito: ORNL, Departamento de Energia dos EUA

Dean Pierce, do Laboratório Nacional de Oak Ridge do Departamento de Energia, e uma equipe de pesquisa liderada por Alex Plotkowski do ORNL foram homenageados pelo Vehicle Technologies Office do DOE pelo desenvolvimento de novas ligas de alto desempenho que podem resistir a ambientes extremos.

Na Revisão Anual de Mérito da Vehicle Technologies deste ano, realizada virtualmente em 12 de junho, a VTO reconheceu Pierce, um cientista da equipe de P&D na Diretoria de Ciências Físicas, e a equipe de pesquisa DuAlumin-3D sob Plotkowski.

A VTO homenageou Pierce, membro do grupo Alloy Behavior and Design da ORNL, com um prêmio Distinguished Achievement em reconhecimento à sua liderança no desenvolvimento do novo aço Three Chromium-eXtreme High-Temperature Strength, ou 3Cr-XHTS. A liga de aço é feita de cromo, que compreende nominalmente 3% da massa do material conforme refletido em seu nome, e outros elementos de liga.

Por meio do programa VTO LightMAT, a equipe ORNL trabalhou em estreita colaboração com a Cummins, parceira do Acordo Cooperativo de Pesquisa e Desenvolvimento, para desenvolver a liga de aço mais durável em menos de quatro anos.

“Tivemos uma excelente colaboração com a Cummins e trabalhar com eles nos permitiu reunir a experiência única da ORNL e da Cummins para desenvolver o 3Cr-XHTS”, disse Pierce. “Fiquei entusiasmado com toda a nossa equipe porque, após quatro anos de trabalho árduo e alguns resultados emocionantes, fomos reconhecidos.”

O aço 3Cr-XHTS foi criado para uso em pistões capazes de suportar altas temperaturas, alto estresse e longos períodos de desgaste para motores de combustão interna de alta eficiência e de próxima geração para serviços pesados. A atual liga de aço de última geração para pistões de motores pesados, o aço 4140, é limitada a aplicações onde as temperaturas máximas do metal estão abaixo de 500°C, tornando o material insuficiente para uso em motores futuros com temperaturas mais altas.

“Para a aplicação em pistão, precisávamos projetar um aço que não fosse apenas forte e resistente à oxidação em altas temperaturas, mas também que conduzisse bem o calor. Uma das finalidades da condução de calor é manter a temperatura na superfície de combustão do pistão baixa o suficiente para que o material não falhe durante a operação”, disse Pierce. “Essas propriedades costumam entrar em conflito umas com as outras, o que significa que quando uma propriedade é melhorada, outras podem ser degradadas, e nossa equipe precisava superar esse desafio de projeto metalúrgico.”

O novo aço de alta resistência e médio carbono é otimizado para oferecer resistência superior à fadiga e à oxidação. Comparado com o 4140, o aço 3Cr-XHTS demonstrou um aumento de 143% na resistência à fadiga e um aumento de cerca de 75°C na temperatura operacional de ponta. O aço também demonstrou uma melhoria de 46% na resistência à fadiga em alto ciclo e alta temperatura em comparação com o aço para ferramentas H11, outra liga de alta temperatura contendo cromo.

Usando aço 3Cr-XHTS, os pesquisadores fabricaram coroas de pistão em tamanho real, peças de motor localizadas na superfície superior dos pistões e expostas a gases de alta temperatura e alta pressão durante a combustão. A nova liga passou com sucesso no teste de motor mais rigoroso da Cummins, um teste de potência de pico modificado de 500 horas, dentro de um motor de serviço pesado de seis cilindros e 15 litros.

Além das propriedades vantajosas do material do aço, o aço 3Cr-XHTS é acessível e pode potencialmente ser um substituto para aços para ferramentas de custo mais alto. A liga poderá ter aplicações em vários esforços de descarbonização do setor automóvel e é compatível com combustíveis de baixo carbono que poderão ser adotados para veículos pesados ​​no futuro, tais como gás natural, hidrogénio, diesel sintético, diesel renovável e biocombustível.

Na Revisão Anual de Mérito, a equipe de pesquisa DuAlumin-3D do ORNL recebeu um Prêmio de Equipe reconhecendo seu desenvolvimento do DuAlumin-3D, uma liga leve de alumínio desenvolvida no âmbito do Programa Principal de Materiais de Powertrain da VTO em um esforço conjunto com o DOE Advanced Materials and Manufacturing Office, ou AMTO. O trabalho foi realizado em parte nas Instalações de Demonstração de Fabricação no ORNL, sede do Consórcio MDF, um grupo nacional de colaboradores que trabalham com o laboratório para promover o estado da arte na tecnologia de fabricação dos EUA sob a orientação da AMMTO.