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Jun 16, 2023

Il nuovo trattamento rende le leghe di acciaio più resistenti e più flessibili

Strength and flexibility are two opposites that usually need to be balanced in

Forza e flessibilità sono due opposti che di solito devono essere bilanciati nell'acciaio. Ma ora gli ingegneri della Purdue University e dei Sandia National Labs hanno sviluppato un nuovo trattamento che può essere applicato alle leghe di acciaio per renderle allo stesso tempo più resistenti e più duttili, e che potrebbe avere una vasta gamma di usi nel settore energetico e aerospaziale.

La resistenza è una misura dell'entità del carico che un materiale può sopportare prima di cedere, mentre la duttilità misura la facilità con cui può essere esteso o allungato in forme diverse. Queste due proprietà sono solitamente in contrasto tra loro, portando a un compromesso che deve essere raggiunto a seconda dell'applicazione in questione. Nei metalli tutto si riduce ai minuscoli granelli che compongono il materiale. I grani più grandi si deformano meglio per consentire una migliore duttilità, mentre quelli più piccoli possono sopportare maggiori sollecitazioni, aumentando la resistenza.

In un nuovo studio, gli scienziati hanno sviluppato un trattamento per l’acciaio in grado di bilanciare meglio resistenza e duttilità regolando questi grani. Il team ha trattato una lega di acciaio nota come T-91 per produrre un nuovo materiale chiamato Gradient T-91 (G-T91), che, come suggerisce il nome, ha un gradiente di granulometria ovunque.

Il trattamento forma un sottile strato di grani metallici ultrafini dalla superficie fino a circa 200 micrometri nel materiale. I grani all'esterno misurano meno di 100 nanometri di lunghezza, mentre quelli al centro sono fino a 100 volte più grandi. Ciò garantisce al G-T91 un limite di snervamento di 700 megapascal – un miglioramento del 36% rispetto a quello del T-91 non trattato – e una plasticità migliore del 50% rispetto al 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 Zhongxia Shang, autore principale dello studio. "Se poi crei questo gradiente, con i grani grandi al centro e i nanograni in superficie, si deformano in sinergia. I grani grandi si prendono cura dell'allungamento e i grani piccoli assecondano lo stress. E ora puoi creare un materiale che ha una combinazione di forza e duttilità."

Per vedere come funzionava, il team ha acquisito immagini al microscopio elettronico a scansione del materiale in diversi stadi di deformazione applicata. Normalmente, i grani ultrafini vicino alla superficie sono orientati verticalmente, ma man mano che viene applicata una maggiore sollecitazione iniziano ad assumere una forma più globulare, quindi girano e si allungano orizzontalmente. Ciò consente all'acciaio di deformarsi in modo più efficace.

Ma esattamente come e perché i granelli si muovono rimane un mistero, dice il team. Il lavoro futuro indagherà su questo aspetto, il che potrebbe aiutare a scoprire modi migliori per disporre i grani per produrre materiali con proprietà diverse.

La ricerca è stata pubblicata sulla rivista Science Advances.

Fonte: Purdue University