Ricercatori dell'Istituto di Meccanica dell'Accademia Cinese delle Scienze, collaborando con scienziati di Singapore e degli Stati Uniti, hanno scoperto che i precipitati su scala nanometrica forniscono una fonte di dislocazione sostenibile unica a uno stress sufficientemente elevato.

Gli scienziati hanno scoperto che i nanoprecipitati densamente dispersi fungono contemporaneamente da fonti e ostacoli di dislocazione, portando a un meccanismo di deformazione sostenibile e autoindurente che migliora la duttilità e la resistenza. I risultati sono stati pubblicati in PNAS il 24 febbraio, 2020.

Nei materiali strutturali, la resistenza alla deformazione è di vitale importanza, in particolare la resistenza all'inizio della deformazione plastica o del cedimento; lo stress a questo punto rappresenta la resistenza del materiale. Nel frattempo, quanto un metallo può deformarsi plasticamente, la sua duttilità, è un'altra misura importante. Sia la forza che la duttilità dipendono dal movimento delle dislocazioni metalliche.

Il movimento di una dislocazione diventa più difficile se qualche barriera o discontinuità entra nel percorso della dislocazione, questo è, i materiali sono induriti. Tra molte routine di indurimento, l'indurimento per precipitato è stato ben consolidato e ampiamente impiegato in materiali di ingegneria come le leghe di Al, Superleghe di Ni, acciaio, e le leghe ad alta entropia recentemente scoperte.

I precipitati fungono da ostacoli allo scorrimento della dislocazione e causano l'indurimento del materiale. Però, possono portare a guasti prematuri e diminuzione della duttilità. Gli ostacoli alla scivolata della dislocazione spesso portano a un'elevata concentrazione di stress e persino a microfratture, una causa di progressiva localizzazione della deformazione e l'origine del conflitto forza-duttilità.

Secondo i ricercatori, la chiave per mitigare il tradizionale compromesso resistenza-duttilità è impiegare un meccanismo di indurimento delicato ma omogeneo a un livello di sollecitazione elevato. I nanoprecipitati forniscono un meccanismo di deformazione sostenibile e autoindurente che migliora la duttilità e la resistenza. La condizione per ottenere una nucleazione di dislocazione sostenibile da un nanoprecipitato è governata dalla discrepanza reticolare tra il precipitato e la matrice.

Dottor Peng Shenyou, autore dello studio, ha detto "L'interazione delle due scale di lunghezza, dimensione e distanza del precipitato, può essere utilizzato come motivo di design ottimale per produrre una superba combinazione di resistenza e duttilità, oltre a fornire un criterio per la selezione delle dimensioni e della spaziatura dei precipitati nella progettazione dei materiali".

Questi risultati gettano le basi per l'ottimizzazione della resistenza e della duttilità attraverso nanoprecipitati densamente dispersi in sistemi di leghe a più elementi.