Il trattamento crea leghe di acciaio con resistenza e plasticità superiori

Un nuovo trattamento testato su una lega di acciaio di alta qualità produce resistenza e plasticità superiori al normale, due caratteristiche che in genere devono essere bilanciate anziché combinate.

I grani metallici ultrafini che il trattamento prodotto nello strato più esterno di acciaio sembrano allungarsi, ruotare e quindi allungarsi sotto sforzo, conferendo superplasticità in un modo che i ricercatori della Purdue University non riescono a spiegare completamente.

I ricercatori hanno trattato il T-91, una lega di acciaio modificata utilizzata in applicazioni nucleari e petrolchimiche, ma hanno affermato che il trattamento potrebbe essere utilizzato in altri luoghi in cui l’acciaio resistente e duttile sarebbe vantaggioso, come gli assali delle automobili, i cavi di sospensione e altri componenti strutturali. . L’articolo, “Acciaio nanostrutturato a gradiente con plasticità a trazione superiore”, che documenta la ricerca brevettata condotta in collaborazione con i Sandia National Laboratories, è apparso sulla rivista Science Advances.

Ancora più intriganti del risultato immediato di una variante più forte e più plastica del T-91 sono le osservazioni fatte a Sandia che mostrano le caratteristiche di quello che il team chiama un “nanolaminato” di grani metallici ultrafini, il trattamento creato in una regione che si estende dal superficie fino ad una profondità di circa 200 µm.

I metalli come l'acciaio sembrano monolitici a occhio nudo, ma se ingranditi notevolmente, una barra di metallo si rivela un conglomerato di singoli grani. Quando un metallo è sottoposto a sollecitazione, i grani sono in grado di deformarsi in modo tale che la struttura metallica si mantenga senza rompersi, permettendo al metallo di allungarsi e piegarsi. I grani più grandi possono sopportare una deformazione maggiore rispetto ai grani più piccoli, il fondamento di un compromesso fisso tra metalli deformabili a grana grossa e metalli resistenti a grana piccola.

Nell'articolo, l'autore principale Zhongxia Shang ha utilizzato sollecitazioni di compressione e taglio per rompere i grani di grandi dimensioni sulla superficie di un campione di T-91 in grani più piccoli. Una sezione trasversale del campione mostra che le dimensioni dei grani aumentano dalla superficie, dove i grani ultrafini più piccoli hanno dimensioni inferiori a 100 nm, al centro del materiale, dove i grani sono da 10 a 100 volte più grandi.

Il campione modificato, chiamato G-T91, aveva un limite di snervamento di circa 700 MPa, un'unità di tensione, e ha resistito a una deformazione uniforme di circa il 10%, un miglioramento significativo rispetto alla resistenza combinata e alla plasticità che possono essere raggiunte con i campioni standard. T-91.

“Questa è la bellezza della struttura; il centro è morbido in modo da poter sostenere la plasticità ma, introducendo il nanolaminato, la superficie è diventata molto più dura”, ha affermato Shang. “Se poi crei questo gradiente, con i grani grandi al centro e i nanograni in superficie, si deformano in modo sinergico. I grani grandi si occupano dell'allungamento, mentre i grani piccoli assorbono lo stress. E ora puoi creare un materiale che ha una combinazione di resistenza e duttilità”.