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Jun 16, 2023

Un nouveau traitement rend les alliages d'acier à la fois plus solides et plus flexibles

La force et la flexibilité sont deux opposés qui doivent généralement être équilibrés dans

La résistance et la flexibilité sont deux opposés qui doivent généralement être équilibrés dans l'acier. Mais maintenant, les ingénieurs de l'Université Purdue et de Sandia National Labs ont développé un nouveau traitement qui peut être appliqué aux alliages d'acier pour les rendre à la fois plus solides et plus ductiles, ce qui pourrait avoir une gamme d'utilisations dans l'énergie et l'aérospatiale.

La résistance est une mesure de l'importance d'une charge qu'un matériau peut supporter avant de tomber en panne, tandis que la ductilité mesure la facilité avec laquelle il peut être étendu ou allongé en différentes formes. Ces deux propriétés sont généralement en contradiction l'une avec l'autre, ce qui conduit à un compromis qui doit être fait en fonction de l'application à portée de main. Dans les métaux, tout se résume aux minuscules grains qui composent le matériau. Les grains plus gros se déforment mieux pour permettre une meilleure ductilité, tandis que les plus petits peuvent supporter plus de contraintes, augmentant ainsi la résistance.

Dans une nouvelle étude, des scientifiques ont mis au point un traitement pour l'acier qui peut mieux équilibrer la résistance et la ductilité en ajustant ces grains. L'équipe a traité un alliage d'acier connu sous le nom de T-91 pour produire un nouveau matériau appelé Gradient T-91 (G-T91), qui, comme son nom l'indique, présente un gradient de tailles de grains.

Le traitement forme une fine couche de grains métalliques ultra-fins depuis la surface jusqu'à environ 200 micromètres dans le matériau. Les grains à l'extérieur mesurent moins de 100 nanomètres de long, tandis que ceux du centre sont jusqu'à 100 fois plus gros. Cela confère au G-T91 une limite d'élasticité de 700 mégapascals - une amélioration de 36% par rapport à celle du T-91 non traité - et une plasticité 50% meilleure que celle du T-91.

"C'est la beauté de la structure ; le centre est doux, il peut donc supporter la plasticité mais, en introduisant le nanolaminé, la surface est devenue beaucoup plus dure", a déclaré Zhongxia Shang, auteur principal de l'étude. "Si vous créez ensuite ce gradient, avec les gros grains au centre et les nanograins à la surface, 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 force et de ductilité."

Pour voir comment cela fonctionnait, l'équipe a pris des images au microscope électronique à balayage du matériau à différentes étapes de la contrainte appliquée. Normalement, les grains ultra-fins près de la surface sont orientés verticalement, mais au fur et à mesure que la contrainte est appliquée, ils commencent à prendre une forme plus globulaire, puis tournent et s'étirent horizontalement. Cela permet à l'acier de se déformer plus efficacement.

Mais exactement comment et pourquoi les grains se déplacent reste un mystère, dit l'équipe. Des travaux futurs étudieront cela, ce qui pourrait aider à découvrir de meilleures façons d'organiser les grains pour fabriquer des matériaux aux propriétés différentes.

La recherche a été publiée dans la revue Science Advances.

Source : Université Purdue