Per i materiali metallici sono sempre desiderabili un'elevata resistenza simultanea e una grande duttilità. Però, mentre la resistenza dei metalli e delle leghe può essere facilmente aumentata da cinque a 15 volte attraverso la semplice deformazione plastica o l'affinamento dei grani fino alla scala nanometrica, l'aumento di forza è solitamente accompagnato da una drastica perdita di duttilità uniforme. La duttilità dipende fortemente dalla capacità di incrudimento, che diventa debole in materiali ad alta resistenza, soprattutto in un materiale monofase.

Pubblicazione online in PNAS , il gruppo di ricerca del Prof. WU Xiaolei presso l'Accademia Cinese delle Scienze, in collaborazione con il Prof. En Ma della Johns Hopkins University, NOI., hanno dimostrato una strategia per sfruttare una struttura di grano eterogeneo multilivello (HGS) rinforzata dinamicamente. Hanno dimostrato il comportamento di un tale HGS utilizzando la lega a media entropia CrCoNi cubica a facce centrate (MEA) come sistema modello.

L'incrudimento in controtensione di solito non è evidente nei grani omogenei monofase. Per superare questo, gli scienziati hanno creato appositamente una struttura del grano insolitamente eterogenea. Hanno sfruttato l'energia di guasto a bassa sovrapposizione del MEA, che facilita la generazione di nanograni gemellati e faglie di impilamento durante la deformazione a trazione, rafforzando dinamicamente l'eterogeneità al volo.

Per il risultante HGS estremo, l'incrudimento della tensione posteriore può essere reso insolitamente forte e sostenuto a grandi sollecitazioni di trazione dopo aver ceduto a sollecitazioni gigapascal in assenza di eterogeneità da qualsiasi seconda fase. Nello specifico, mediante laminazione a freddo e ricottura di ricristallizzazione, i ricercatori hanno abilmente costruito un HGS con granulometrie a tre livelli (micrometro, submicronico, e nanometro), attraverso il quale si verifica la ripartizione delle sollecitazioni e delle deformazioni quando l'HGS è deformato plasticamente.

Nuovi nano-grani si formano agli angoli dei grani a causa delle maggiori sollecitazioni lì. Questo affinamento dinamico del grano, simile all'effetto TWIP e all'effetto TRIP, contribuisce all'indurimento della schiena, che risulta essere la più grande tra tutte le leghe finora riportate.

Questo HGS raggiunge in un'unica fase, lega a struttura semplice (FCC) una combinazione resistenza-duttilità che normalmente richiederebbe eterogeneità complesse come negli acciai multifase.