W konstruowaniu nowych stopów stali wielkość ziaren jest kluczowym aspektem określającym jej cechy fizyczne. Większy rozmiar gwarantuje, że stop jest bardziej elastyczny i łatwiej formowalny, a mniejsze ziarna natomiast są odporniejsze na silne naprężenia. Czy istnieje jakiś kompromis, który połączyłby obiec właściwości w taki sposób, że otrzymamy jednocześnie ciągliwy i wytrzymały stop stali?
Czytaj też: Czemu nikt dotąd na to nie wpadł? Prosty związek sprawi, że produkcja stali będzie zielona jak nigdy
Na łamach Science Advances pojawiły się wyniki badań ekspertów z amerykańskiego Purdue University i Narodowego Laboratorium Sandia. Naukowcy pracowali nad nową metodyką tworzenia stopu stali. Ich próbką startową był stop T-91, który stosuje się w badaniach jądrowych i petrochemicznych, ale również dostrzega się jego zastosowanie w branży motoryzacyjnej przy konstruowaniu osi samochodów czy lin zawieszenia.
Stal, która jest twarda i plastyczna. Wszystko dzięki przypadkowej obserwacji
Podczas obróbki T-91 celem opracowania bardziej plastycznego stopu (później nazwanego G-T91) odkryto pewne zjawisko. Doszło do odkształcenia się stopu. Na jego powierzchni powstał tzw. nanolaminat o grubości do 200 mikrometrów, który składał się tylko z drobnych ziaren odpornych na naprężenia, podczas gdy głębsze warstwy eksperymentalnej stali zbudowane były z grubszych, plastycznych ziaren.
Jak przyznaje jeden z autorów badań, Xinghang Zhang, świat nauki jeszcze nie widział takiego zjawiska. Nie jest wiadome, jaki mechanizm nim kieruje. W olbrzymim skrócie G-T91 jest elastyczny w środku, ale ultra twardy na zewnątrz. Jego granica plastyczności wyniosła 700 megapaskali, co stanowi wartość o 36 proc. większą w porównaniu do T-91.
Czytaj też: Stali musimy powiedzieć “nie”, przynajmniej częściowo. Ale dlaczego?
Badacze przeprowadzili również obserwacje nowego stopu pod skaningowym mikroskopem elektronowym. Okazało się, że ziarna w nanolaminacie G-T91 zmieniają się (wręcz rotują) wraz z postępującym odkształceniem. Dostrzeżono przy tym granicę pomiędzy ziarnami nanowarstwy i głównej części stopu, która będzie obiektem dalszych badań naukowców.
Sposób konstruowania stopu G-T91 z nanolaminatem na powierzchni został już opatentowany. Autorzy badań raczej nie mają wątpliwości, że produkcją stali o tak unikalnych właściwościach na pewno zainteresuje niejedną gałąź przemysłu.
