O tratamento cria ligas de aço com resistência e plasticidade superiores

Um novo tratamento testado em uma liga de aço de alta qualidade produz resistência e plasticidade superiores ao normal, duas características que normalmente devem ser equilibradas em vez de combinadas.

Grãos metálicos ultrafinos cujo tratamento produzido na camada mais externa do aço parecem esticar, girar e depois alongar sob tensão, conferindo superplasticidade de uma forma que os pesquisadores da Universidade Purdue não conseguem explicar completamente.

Os pesquisadores trataram o T-91, uma liga de aço modificada usada em aplicações nucleares e petroquímicas, mas disseram que o tratamento poderia ser usado em outros locais onde o aço dúctil e forte seria benéfico, como eixos de carros, cabos de suspensão e outros componentes estruturais. . O artigo, “Aço nanoestruturado gradiente com plasticidade de tração superior”, que documenta a pesquisa patenteada conduzida em colaboração com Sandia National Laboratories, foi publicado na revista Science Advances.

Mais intrigantes ainda do que o resultado imediato de uma variante mais forte e mais plástica do T-91 são as observações feitas em Sandia mostrando características do que a equipe chama de “nanolaminado” de grãos metálicos ultrafinos, o tratamento criado em uma região que se estende desde o superfície até uma profundidade de cerca de 200 µm.

Metais como o aço parecem monolíticos a olho nu, mas quando ampliados, uma barra de metal revela-se um conglomerado de grãos individuais. Quando um metal é submetido a deformação, os grãos são capazes de se deformar de tal forma que a estrutura metálica é mantida sem romper, permitindo que o metal se estique e dobre. Grãos maiores podem acomodar maior tensão do que grãos menores, a base para um equilíbrio fixo entre metais deformáveis ​​de grãos grandes e metais fortes de grãos pequenos.

No artigo, o autor principal, Zhongxia Shang, usou tensões de compressão e cisalhamento para quebrar grãos grandes na superfície de uma amostra T-91 em grãos menores. Uma seção transversal da amostra mostra que o tamanho dos grãos aumenta da superfície, onde os menores grãos ultrafinos têm tamanho inferior a 100 nm, até o centro do material, onde os grãos são 10 a 100 vezes maiores.

A amostra modificada, chamada G-T91, tinha um limite de escoamento de cerca de 700 MPa, uma unidade de tensão de tração, e resistiu a uma deformação uniforme de cerca de 10%, uma melhoria significativa em relação à resistência e à plasticidade combinadas que podem ser alcançadas com o padrão. T-91.

“Essa é a beleza da estrutura; o centro é macio para poder sustentar a plasticidade, mas, com a introdução do nanolaminado, a superfície tornou-se muito mais dura”, disse Shang. “Se você criar esse gradiente, com os grãos grandes no centro e os nanogrãos na superfície, eles se deformam sinergicamente. Os grãos grandes cuidam do alongamento e os grãos pequenos acomodam o estresse. E agora você pode fazer um material que combina resistência e ductilidade.”