Une résistance élevée et une grande ductilité simultanées sont toujours souhaitables pour les matériaux métalliques. Cependant, tandis que la résistance des métaux et des alliages peut être facilement augmentée de cinq à 15 fois grâce à une simple déformation plastique ou à un raffinement du grain jusqu'à l'échelle nanométrique, le gain de résistance s'accompagne généralement d'une perte drastique de ductilité uniforme. La ductilité dépend fortement de l'aptitude à l'écrouissage, qui devient faible dans les matériaux à haute résistance, notamment dans un matériau monophasé.

Publication en ligne dans PNAS , le groupe de recherche du professeur WU Xiaolei à l'Académie chinoise des sciences, en collaboration avec le professeur En Ma de l'Université Johns Hopkins, NOUS., ont démontré une stratégie d'exploitation d'une structure granulaire hétérogène à plusieurs niveaux renforcée dynamiquement. Ils ont démontré le comportement d'un tel HGS en utilisant l'alliage d'entropie moyenne (MEA) CrCoNi à face centrée comme système modèle.

L'écrouissage n'est généralement pas évident dans les grains homogènes monophasiques. Pour surmonter cela, les scientifiques ont délibérément créé une structure de grain inhabituellement hétérogène. Ils ont profité de la faible énergie de défaut d'empilement du MEA, qui facilite la génération de nano-grains jumelés et de défauts d'empilement lors de la mise en tension, renforçant dynamiquement l'hétérogénéité à la volée.

Pour le HGS extrême résultant, le durcissement de contrainte arrière peut être rendu exceptionnellement fort et soutenu à de grandes déformations de traction après avoir cédé à une contrainte gigapascale en l'absence d'hétérogénéités de toute seconde phase. Spécifiquement, par laminage à froid et recuit de recristallisation, les chercheurs ont habilement construit un HGS avec des tailles de grains à trois niveaux (micromètre, submicronique, et nanomètre), à travers laquelle la répartition des contraintes et des déformations se produit lorsque le HGS est déformé plastiquement.

De nouveaux nano-grains se forment aux coins des grains en raison des contraintes plus importantes qui s'y trouvent. Ce raffinement dynamique du grain, similaire à l'effet TWIP et à l'effet TRIP, contribue au raffermissement du dos, qui s'avère être le plus grand de tous les alliages rapportés jusqu'à présent.

Ce HGS réalise en monophasé, alliage à structure simple (FCC) une combinaison résistance-ductilité qui nécessiterait normalement des hétérogénéités complexes comme dans les aciers multiphasés.