La fuerza y la flexibilidad son dos cualidades que deben equilibrarse en lugar de combinarse. Ingenieros de la Universidad Purdue y los Laboratorios Nacionales Sandia han desarrollado un nuevo tratamiento para aceros aleados de alta calidad que puede hacerlos más fuertes y flexibles al mismo tiempo.
Los investigadores trataron T-91, una aleación de acero modificada que se usa en aplicaciones nucleares y petroquímicas, pero dijeron que el tratamiento podría usarse en otros lugares donde el acero fuerte y dúctil sería beneficioso. El acero tratado, llamado G-T91 (o clasificación T91), tiene una gradación de tamaños de grano en todas partes.
El tratamiento creó un nanolaminado a partir de granos ultrafinos del mineral en un área que se extiende desde la superficie hasta una profundidad de unas 200 micras. Los investigadores utilizaron esfuerzos de cizallamiento y compresión para romper los granos grandes en la superficie de la muestra T-91 en granos más pequeños. La 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 nanómetros, hasta el centro del material, donde los granos son de 10 a 100 veces más grandes.
La muestra de G-T91 modificada tenía un límite elástico de aproximadamente 700 MPa, una mejora del 36 % con respecto a la muestra de T-91 sin tratar, y soportó una tensión uniforme de aproximadamente el 10 %. Esta es una gran mejora con respecto a la fuerza y flexibilidad combinadas logradas con el T-91 estándar.
«Esta es la belleza de la estructura. El centro es suave, por lo que puede mantener la plasticidad, pero al introducir nanolaminado, la superficie se vuelve más difícil», dijo. dijo el autor principal Zhongxia Shang. «Si luego creas este gradiente, con granos grandes en el centro y nanogranos en la superficie, se deforman sinérgicamente. Los granos grandes se encargan de la expansión y los granos pequeños absorben la tensión. Ahora puedes hacer un material que tenga una combinación de resistencia y ductilidad”.
Para verificar si el gradiente a nanoescala G-T91 funciona mejor que el T-91 estándar, el equipo está escaneando imágenes de microscopía electrónica del material en diferentes etapas de estrés aplicado. Las imágenes muestran cómo cambia el grano en la nanolamellar de G-T91 durante períodos crecientes de tensión real, que es una medida de plasticidad, de 0 % a 120 %. Normalmente, los granos ultrafinos se orientan cerca de la superficie verticalmente, pero a medida que aumenta la tensión, se estiran en una forma más esférica, giran y finalmente se alargan horizontalmente.
El equipo obtuvo fondos de la Fundación Nacional de Ciencias para investigar las reglas que rigen este movimiento en los límites de los granos, lo que podría hacer posible comprender el intrigante comportamiento de deformación de los materiales degradados.
Referencia de la revista:
- Zhongxia Shang, Tianyi Sun, Jie Ding, Nicholas A. Richter, Nathan M. Heckman, Benjamin C. White, Brad L. Boyce, Khalid Hattar, Haiyan Wang y Xinghang Zhang. Acero nanoestructurado graduado con elasticidad a la tracción superior. Avances científicos, 2023; DOI: 10.1126/sciadv.add9780
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