Міцність і гнучкість — це дві протилежності, які зазвичай потрібно збалансувати в сталі. Але нещодавно інженери з Університету Пердью та Sandia National Labs розробили нову обробку, яку можна застосувати до сталевих сплавів, щоб зробити їх одночасно більш міцними та пластичними, що може мати широке застосування в енергетиці та аерокосмічній галузі.
Міцність – це міра того, наскільки велике навантаження може витримати матеріал, перш ніж він вийде з ладу. Пластичність показує, наскільки легко його можна розтягнути або подовжити до різних форм. Ці дві властивості, як правило, суперечать одна одній, що призводить до компромісу, який потрібно робити залежно від наявної програми. У металах все зводиться до крихітних зерен, з яких складається матеріал. Більші зерна краще деформуються, що забезпечує кращу пластичність, тоді як менші можуть витримувати більше навантаження, підвищуючи міцність.
У новому дослідженні вчені розробили обробку сталі, яка може краще збалансувати міцність і пластичність за рахунок коригування цих зерен. Команда обробила сталевий сплав, відомий як T-91, для отримання нового матеріалу, який вони назвали Gradient t-91 (G-T91), який, до речі, має градієнт зерен.
Обробка утворює тонкий шар надтонких металевих зерен від поверхні до глибини приблизно 200 мікрометрів у матеріалі. Зерна зовні мають довжину менше 100 нанометрів, а зерна в центрі в 100 разів більше. Це дає G-T91 межа текучості 700 мегапаскалів, що на 36% краще, ніж у необробленого T-91, і пластичність, яка на 50% вище, ніж у t-91.
Щоб побачити, як це працює, команда зробила знімки матеріалу за допомогою скануючого електронного мікроскопа на різних стадіях прикладеної деформації. Зазвичай наддрібні зерна біля поверхні орієнтовані вертикально, але в міру прикладання більшої напруги вони починають набувати більш кулясту форму, потім повертаються і витягуються горизонтально. Це дозволяє сталі більш ефективно деформуватися.
Але як саме і чому зерна рухаються, залишається загадкою. Вчені планують більш серйозне дослідження, яке допоможе знайти кращі способи розташування зерен для створення матеріалів з різними властивостями.