El tratamiento crea aleaciones de acero con resistencia y plasticidad superiores.

Un nuevo tratamiento probado en una aleación de acero de alta calidad produce una resistencia y plasticidad superiores a las normales, dos características que normalmente deben equilibrarse en lugar de combinarse.

Los granos de metal ultrafinos que el tratamiento produjo en la capa más externa de acero parecen estirarse, rotar y luego alargarse bajo tensión, confiriendo superplasticidad de una manera que los investigadores de la Universidad Purdue no pueden explicar completamente.

Los investigadores trataron T-91, una aleación de acero modificada que se utiliza en aplicaciones nucleares y petroquímicas, pero dijeron que el tratamiento podría usarse en otros lugares donde el acero fuerte y dúctil sería beneficioso, como ejes de automóviles, cables de suspensión y otros componentes estructurales. . El artículo, “Acero nanoestructurado degradado con plasticidad de tracción superior”, que documenta la investigación patentada realizada en colaboración con Sandia National Laboratories, apareció en la revista Science Advances.

Más intrigantes incluso que el resultado inmediato de una variante más fuerte y plástica del T-91 son las observaciones realizadas en Sandia que muestran características de lo que el equipo llama un "nanolaminado" de granos metálicos ultrafinos, el tratamiento creado en una región que se extiende desde el superficie hasta una profundidad de aproximadamente 200 µm.

Los metales como el acero parecen monolíticos a simple vista, pero cuando se amplían mucho, una barra de metal se revela como un conglomerado de granos individuales. Cuando un metal se somete a tensión, los granos pueden deformarse de tal manera que la estructura metálica se mantiene sin romperse, permitiendo que el metal se estire y doble. Los granos más grandes pueden soportar una mayor tensión que los granos más pequeños, la base de un equilibrio constante entre metales deformables de grano grande y metales fuertes de grano pequeño.

En el artículo, el autor principal, Zhongxia Shang, utilizó tensiones de compresión y de corte para romper granos grandes en la superficie de una muestra de T-91 en granos más pequeños. Una sección transversal de la muestra muestra que el tamaño de los granos aumenta desde la superficie, donde los granos ultrafinos más pequeños tienen un tamaño inferior a 100 nm, hasta el centro del material, donde los granos son de 10 a 100 veces más grandes.

La muestra modificada, llamada G-T91, tenía un límite elástico de aproximadamente 700 MPa, una unidad de tensión, y soportó una deformación uniforme de aproximadamente el 10 por ciento, una mejora significativa con respecto a la resistencia y plasticidad combinadas que se pueden alcanzar con estándar. T-91.

“Esta es la belleza de la estructura; el centro es blando para que pueda sostener la plasticidad pero, al introducir el nanolaminado, la superficie se ha vuelto mucho más dura”, dijo Shang. “Si luego creas este gradiente, con los granos grandes en el centro y los nanogranos en la superficie, se deforman sinérgicamente. Los granos grandes se encargan del estiramiento y los granos pequeños se encargan de la tensión. Y ahora se puede fabricar un material que tenga una combinación de resistencia y ductilidad”.