A. Estrutura heterogênea multinível de liga de entropia média CrCoNi monofásica após teste de tração:grãos de tamanho micrômetro (branco), grãos submicrônicos (azul), nanograins (colorido). Nanograin se forma nos limites de grãos de grãos submicrônicos. B. Propriedades de tração. C. Taxa de endurecimento por trabalho normalizado. D. Combinação de resistência ao escoamento e alongamento uniforme. Crédito:WU Xiaolei
Alta resistência simultânea e grande ductilidade são sempre desejáveis para materiais metálicos. Contudo, enquanto a resistência de metais e ligas pode ser facilmente aumentada em cinco a 15 vezes por meio de deformação plástica simples ou refinamento de grãos até a escala nano, o ganho de força é geralmente acompanhado por uma perda drástica de ductilidade uniforme. A ductilidade depende fortemente da capacidade de endurecimento do trabalho, que se torna fraco em materiais com alta resistência, especialmente em um material monofásico.
Publicando online em PNAS , o grupo de pesquisa do Prof. WU Xiaolei na Academia Chinesa de Ciências, em colaboração com o Prof. En Ma da Universidade Johns Hopkins, NÓS., demonstraram uma estratégia para explorar uma estrutura de grãos heterogênea multinível reforçada dinamicamente (HGS). Eles demonstraram o comportamento de tal HGS usando a liga de entropia média CrCoNi cúbica de face centrada (MEA) como um sistema modelo.
O endurecimento por contrapressão geralmente não é óbvio em grãos homogêneos monofásicos. Para superar isso, os cientistas criaram propositalmente uma estrutura de grãos incomumente heterogênea. Eles aproveitaram a energia de falha de baixo empilhamento do MEA, que facilita a geração de nanogrãos geminados e falhas de empilhamento durante a deformação por tração, reforçando dinamicamente a heterogeneidade em tempo real.
Para o HGS extremo resultante, o endurecimento por tensão nas costas pode ser tornado invulgarmente forte e sustentado por grandes tensões de tração após ceder na tensão gigapascal na ausência de heterogeneidades de qualquer segunda fase. Especificamente, usando laminação a frio e recozimento de recristalização, os pesquisadores construíram habilmente um HGS com tamanhos de grãos de três níveis (micrômetro, submicron, e nanômetro), através da qual a partição de tensão e deformação ocorre quando o HGS é deformado plasticamente.
Novos nano-grãos se formam nos cantos dos grãos devido às tensões maiores ali. Este refinamento de grão dinâmico, semelhante ao efeito TWIP e ao efeito TRIP, contribui para o endurecimento do estresse nas costas, que é considerada a maior em todas as ligas relatadas até agora.
Este HGS atinge em uma única fase, liga de estrutura simples (FCC) uma combinação de resistência-ductilidade que normalmente requer heterogeneidades complexas, como em aços multifásicos.