Le traitement crée des alliages d'acier avec une résistance et une plasticité supérieures

Un nouveau traitement testé sur un alliage d'acier de haute qualité produit une résistance et une plasticité supérieures à la normale, 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 plus externe semblent s'étirer, tourner, puis s'allonger sous contrainte, conférant une superplasticité d'une manière que les chercheurs de l'Université Purdue ne peuvent pas expliquer pleinement.

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 solide et ductile serait bénéfique, comme les essieux de voitures, les câbles de suspension et d'autres composants structurels. . L'article, « Acier nanostructuré dégradé avec une plasticité à la traction supérieure », qui documente la recherche brevetée menée en collaboration avec les laboratoires nationaux Sandia, est paru dans la revue Science Advances.

Plus intrigantes encore que le résultat immédiat d'une variante plus résistante et plus plastique du T-91 sont les observations faites à Sandia montrant les caractéristiques de ce que l'équipe appelle un « nanolaminé » de grains métalliques ultra-fins, le traitement créé dans une région s'étendant du surface jusqu'à une profondeur d'environ 200 µm.

Les métaux comme l’acier semblent monolithiques à l’œil nu, mais lorsqu’on les agrandit considérablement, une barre de métal se révèle être un conglomérat de grains individuels. Lorsqu'un métal est soumis à une contrainte, les grains sont capables de se déformer de telle sorte que la structure métallique soit maintenue sans se rompre, permettant au métal de s'étirer et de se plier. Les grains plus gros peuvent supporter une contrainte plus importante que les grains plus petits, ce qui constitue la base d'un compromis fixe entre les métaux déformables à gros grains et les métaux résistants à petits grains.

Dans l’article, l’auteur principal Zhongxia Shang a utilisé des contraintes de compression et de cisaillement pour briser les gros grains à la surface d’un échantillon de T-91 en grains plus petits. Une coupe transversale de l'échantillon montre que la taille des grains augmente depuis la surface, où les plus petits grains ultra-fins mesurent moins de 100 nm, jusqu'au centre du matériau, où les grains sont 10 à 100 fois plus gros.

L'échantillon modifié, appelé G-T91, avait une limite d'élasticité d'environ 700 MPa, une unité de contrainte de traction, et résistait 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 la norme. T-91.

« C'est la beauté de la structure ; le centre est mou, ce qui lui permet de conserver sa plasticité, mais en introduisant le nanolaminé, la surface est devenue beaucoup plus dure », a déclaré Shang. « Si vous créez ensuite ce dégradé, avec les gros grains au centre et les nanograins en surface, ils se déforment en synergie. Les gros grains s'occupent de l'étirement et les petits grains s'adaptent au stress. Et maintenant, vous pouvez fabriquer un matériau alliant résistance et ductilité.