Déformation et fracture contrôlées par dislocation interfaciale dans les composites nanocouches. L'espacement des luxations interfaciales, qui s'adaptent à la contrainte de décalage entre les phases de ferrite et de cémentite, détermine la contrainte de phase et le réseau de dislocation interfaciale dans les modèles de nanocouches de perlite. Différents modes de déformation inélastique initialement activés sont observés en fonction de l'espacement des dislocations interfaciales car la contrainte de phase et le réseau de dislocations interfaciales influencent le cisaillement/contrainte normale résolue et la contrainte critique résolue de cisaillement/normale pour chaque mode de déformation inélastique, respectivement. D'où, les espacements de dislocation interfaciale peuvent être un paramètre clé qui contrôle la ductilité des aciers perlitiques étirés et nous conduit vers une ductilité plus élevée des aciers perlitiques étirés. Crédit :Université de Kanazawa
Acier perlitique, ou perlite, est l'un des matériaux les plus solides au monde, et peut être transformé en long, fils fins. La résistance de la perlite lui permet de supporter des poids très lourds, et il a la capacité unique de s'étirer et de se contracter sans se rompre (ductilité). La ductilité est importante pour la construction de ponts, car même les matériaux très résistants peuvent casser lorsqu'ils sont soumis à un étirement s'ils ne sont pas assez ductiles. C'est pourquoi les structures en béton peuvent encore s'effondrer lors de violents séismes. La perlite est utilisée pour les ponts suspendus pour les aider à résister à de fortes secousses tout en supportant un poids lourd.
La perlite est constituée d'une alternance de nanocouches de cémentite et de ferrite. La cémentite le rend fort, tandis que la ferrite le rend ductile. Cependant, jusqu'à maintenant, les chercheurs ne savaient pas exactement comment les deux travaillaient ensemble pour donner à la perlite sa qualité particulière, ou comment contrôler leur dynamique pour concevoir un matériau encore meilleur. Des chercheurs de l'Université de Kanazawa ont découvert que les perturbations, ou des luxations, dans l'arrangement des atomes le long de l'interface entre une cémentite et une couche de ferrite, protège la cémentite de la fracturation sous l'effet de l'étirement ou de la compression. Leur étude a été publiée le mois dernier dans la revue Acta Materialia .
"L'espacement entre les dislocations sur une interface cémentite-ferrite détermine comment la déformation se déplace à travers les nanocouches, " disent les auteurs. " La manipulation de la structure de la dislocation et de la distance entre les dislocations peut contrôler la ductilité de la perlite. "
Les chercheurs ont utilisé des simulations informatiques pour voir comment un fil de perlite se déformerait avec des dislocations d'orientations différentes et de distances différentes entre elles le long de l'interface ferrite-cémentite. Ils ont découvert que des structures et des distances de dislocation particulières pouvaient empêcher la formation de fissures ou leur propagation dans toute la couche de cémentite.
"L'augmentation de la ductilité de la perlite signifie qu'elle peut résister à plus de contraintes de cisaillement sans se casser ni se déchirer, ", disent les auteurs. Cela pourrait conduire à une nouvelle génération de matériaux pour la construction de bâtiments et de ponts capables de résister à des tremblements de terre plus forts.
Les chercheurs pensent que la manipulation de dislocations constituées d'amas entiers d'atomes pourrait être une technique générale pour améliorer non seulement la ductilité, mais aussi d'autres propriétés des matériaux pour répondre à des besoins particuliers d'ingénierie et de construction.
