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Aug 16, 2023

Résistance et plasticité supérieures

Par Purdue University 21 août 2023 Un nouveau traitement sur l'alliage d'acier T-91 a abouti à une version plus solide et plus ductile appelée G-T91, avec des grains métalliques ultra-fins présentant une super plasticité. Ce

Par Purdue University21 août 2023

Un nouveau traitement sur l'alliage d'acier T-91 a abouti à une version plus résistante et plus ductile appelée G-T91, avec des grains métalliques ultra-fins présentant une super plasticité. Cette découverte de l'Université Purdue et des Sandia National Laboratories pourrait révolutionner des applications telles que les essieux de voiture et les câbles de suspension, mais le mécanisme exact reste un mystère.

A new treatment tested on a high-quality steel alloyA mixture of two metallic elements typically used to give greater strength or higher resistance to corrosion." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"> L'alliage se traduit par une résistance et une flexibilité remarquables, des qualités souvent considérées comme un compromis plutôt que comme une combinaison. Les grains métalliques ultra-fins que le traitement produit dans la couche d'acier la plus externe semblent s'étirer, tourner puis s'allonger sous contrainte, conférant une superplasticité d'une manière que les chercheurs de l'Université Purdue ne peuvent pas expliquer pleinement.

The researchers treated T-91, a modified steel alloy that is used in nuclear and petrochemical applications, but said the treatment could be used in other places where strong, ductile steel would be beneficial, such as cars axles, suspension cables and other structural components. The research, which was conducted in collaboration with Sandia National Laboratories and has been patented, appeared Wednesday, May 31 in Science Advances<em>Science Advances</em> is a peer-reviewed, open-access scientific journal that is published by the American Association for the Advancement of Science (AAAS). It was launched in 2015 and covers a wide range of topics in the natural sciences, including biology, chemistry, earth and environmental sciences, materials science, and physics." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">Avancées scientifiques.

Plus intrigantes encore que le résultat immédiat d'une variante plus résistante et plus plastique du T-91 sont les observations faites à Sandia montrant les caractéristiques de ce que l'équipe appelle un « nanolaminé » de grains métalliques ultra-fins, le traitement créé dans une région s'étendant du surface jusqu'à une profondeur d'environ 200 microns. Les images microscopiques montrent une déformation inattendue de l'acier traité – surnommé G-T91 (ou gradient T91) – car il est soumis à des contraintes croissantes, a déclaré Xinghang Zhang, auteur principal et professeur à l'École d'ingénierie des matériaux de Purdue.

"Il s'agit d'un processus complexe et la communauté des chercheurs n'a jamais vu ce phénomène auparavant", a déclaré Zhang. "Par définition, le G-T91 fait preuve d'une superplasticité, mais le mécanisme exact qui permet cela n'est pas clair."

Les métaux comme l’acier peuvent sembler monolithiques à l’œil nu, mais lorsqu’on les agrandit considérablement, une barre de métal se révèle être un conglomérat de cristaux individuels appelés grains. Lorsqu'un métal est soumis à une contrainte, les grains sont capables de se déformer de telle sorte que la structure métallique soit maintenue sans se rompre, permettant au métal de s'étirer et de se plier. Les grains plus gros peuvent supporter une contrainte plus importante que les grains plus petits, ce qui constitue la base d'un compromis fixe entre les métaux déformables à gros grains et les métaux résistants à petits grains.

Dans l'article de Science Advances, l'auteur principal Zhongxia Shang, ancien étudiant diplômé du laboratoire de Zhang, a utilisé des contraintes de compression et de cisaillement pour briser les gros grains à la surface d'un échantillon de T-91 en grains plus petits. Une coupe transversale de l’échantillon montre que la taille des grains augmente depuis la surface, où les plus petits grains ultra-fins mesurent moins de 100 nanomètres, jusqu’au centre du matériau, où les grains sont 10 à 100 fois plus gros.

L'échantillon G-T91 modifié avait une limite d'élasticité d'environ 700 mégapascals, une unité de contrainte de traction, et résistait à une déformation uniforme d'environ 10 %, une amélioration significative par rapport à la résistance et à la plasticité combinées qui peuvent être atteintes avec la norme T-91.