Marie Rousseau
Un nouveau traitement testé sur un alliage d’acier de haute qualité produit une résistance et une plasticité extraordinaires, deux caractéristiques qui doivent généralement être équilibrées plutôt que combinées. Les grains métalliques ultra-fins que le traitement produit dans la couche d’acier la moreover externe semblent s’étirer, tourner puis s’allonger sous la contrainte, conférant une super-plasticité d’une manière que les chercheurs de l’Université Purdue ne peuvent pas entièrement expliquer.
Les chercheurs ont traité le T-91, un alliage d’acier modifié utilisé dans les applications nucléaires et pétrochimiques, mais ont déclaré que le traitement pourrait être utilisé dans d’autres endroits où un acier ductile solide serait bénéfique, comme les essieux de voitures, les câbles de suspension et d’autres composants structurels.. La recherche, qui a été menée en collaboration avec Sandia Nationwide Laboratories et a été brevetée, a été publiée le mercredi 31 mai dans Science Innovations.
In addition intrigantes encore que le résultat immédiat d’une variante as well as solide et in addition plastique du T-91, les observations faites à Sandia montrent les caractéristiques de ce que l’équipe appelle un “nanolaminate” de grains métalliques ultra-fins, le traitement créé dans une région s’étendant du surface area à une profondeur d’environ 200 microns. Les photographs de microscopie montrent une déformation inattendue de l’acier traité – surnommé G-T91 (ou gradient T91) – alors qu’il est soumis à des contraintes croissantes, a déclaré Xinghang Zhang, auteur principal et professeur à l’École de génie des matériaux de Purdue.
“Il s’agit d’un processus complexe, et la communauté des chercheurs n’a jamais vu ce phénomène auparavant”, a déclaré Zhang. “Par définition, le G-T91 montre une tremendous-plasticité, mais le mécanisme exact qui permet cela n’est pas clair.”
Les métaux comme l’acier peuvent sembler monolithiques à l’œil nu, mais lorsqu’ils sont fortement agrandis, une barre de métal se révèle être un conglomérat de cristaux individuels appelés grains. Lorsqu’un métal est soumis à une contrainte, les grains peuvent se déformer de telle manière que la framework métallique est maintenue sans rupture, permettant au métal de s’étirer et de se plier. Les grains as well as gros peuvent supporter une furthermore grande contrainte que les grains as well as petits, la foundation d’un compromis fixe entre les métaux déformables à gros grains et les métaux solides à petits grains.
Dans l’article Science Innovations, l’auteur principal Zhongxia Shang, un ancien étudiant diplômé du laboratoire de Zhang, a utilisé des contraintes de compression et de cisaillement pour briser de gros grains à la area d’un échantillon de T-91 en grains moreover petits. Une coupe transversale de l’échantillon montre que la taille des grains augmente de la floor, où les furthermore petits grains extremely-fins mesurent moins de 100 nanomètres, jusqu’au centre du matériau, où les grains sont 10 à 100 fois as well as gros.
L’échantillon G-T91 modifié avait une limite d’élasticité d’environ 700 mégapascals, une unité de contrainte de stress, et a résisté à une déformation uniforme d’environ 10 %, une amélioration significative par rapport à la résistance et à la plasticité combinées qui peuvent être atteintes avec le T-91 regular.
“C’est la beauté de la framework, le centre est doux, donc il peut supporter la plasticité mais, en introduisant le nanolaminé, la surface area est devenue beaucoup furthermore dure”, a déclaré Shang, maintenant chercheur au Birck Nanotechnology Center de Purdue. “Si vous créez ensuite ce gradient, avec les gros grains au centre et les nanograins à la surface area, ils se déforment de manière synergique. Les gros grains s’occupent de l’étirement et les petits grains s’adaptent à la contrainte. Et maintenant, vous pouvez créer un matériau qui a une combinaison de drive et de ductilité.”
Alors que l’équipe de recherche avait émis l’hypothèse que le G-T91 nanostructuré à gradient fonctionnerait mieux que le T-91 standard, les pictures de microscopie électronique à balayage prises à intervalles réguliers pendant les assessments de tension révèlent un mystère. Les photos de diffraction par rétrodiffusion d’électrons prises au microscope électronique à balayage à Sandia montrent remark les grains du nanolaminé du G-T91 changent à des intervalles croissants de déformation réelle, une mesure de la plasticité, de % à 120%. Au début du processus, les grains sont verticaux, avec une forme que l’équipe décrit comme lenticulaire. Mais à mesure que la stress augmente, ils semblent s’étirer en une forme in addition globulaire, puis tourner et finalement s’allonger horizontalement.
Zhang a déclaré que les visuals montrent l’interface entre les grains – appelée la limite des grains – se déplaçant, permettant aux grains de s’étirer et de tourner et permettant à l’acier lui-même de se déformer plastiquement. L’équipe a obtenu un financement de la National Science Basis pour étudier les règles régissant ce mouvement dans les joints de grains, ce qui pourrait permettre de comprendre le comportement de déformation intrigant des matériaux à gradient.
“Si nous savons remark ils se déplacent et pourquoi ils se déplacent, nous pourrons peut-être trouver une meilleure façon d’organiser les grains. Nous ne savons pas encore remark le faire, mais cela a ouvert un potentiel très intéressant”, a déclaré Zhang.
“Acier à nanostructure à gradient avec une plasticité à la traction supérieure” a été rendu feasible grâce au soutien de la Nationwide Science Basis. Les recherches menées à Sandia ont été soutenues par une proposition d’utilisateur au Center for Integrated Nanotechnologies, une installation utilisateur du Bureau des sciences exploitée pour le Département américain de l’énergie, Bureau des sciences. Zhang et Shang ont été rejoints par Tianyi Sunlight, Jie Ding, Nicholas A. Richter et Haiyan Wang à Purdue, et par les chercheurs de Sandia Nathan M. Heckman, Benjamin C. White, Brad L. Boyce et Khalid Hattar, qui ont été soutenus par le département américain. de l’énergie Workplace des sciences énergétiques fondamentales.
