Des chercheurs de l'Institut de mécanique de l'Académie chinoise des sciences, faire équipe avec des scientifiques de Singapour et des États-Unis, ont découvert que les précipités à l'échelle nanométrique fournissent une source de dislocation durable unique à une contrainte suffisamment élevée.

Les scientifiques ont découvert que les nanoprécipités densément dispersés servent simultanément de sources de dislocation et d'obstacles, conduisant à un mécanisme de déformation durable et auto-durcissant qui améliore la ductilité et la résistance. Les résultats ont été publiés dans PNAS le 24 février 2020.

Dans les matériaux de structure, la résistance à la déformation est d'une importance vitale, en particulier la résistance à l'initiation de la déformation plastique ou de la plastification; la contrainte à ce point représente la résistance du matériau. Pendant ce temps, combien un métal peut se déformer plastiquement - sa ductilité - est une autre mesure importante. La résistance et la ductilité dépendent du mouvement des dislocations métalliques.

Le mouvement d'une luxation devient plus difficile si une barrière ou une discontinuité pénètre dans le chemin de la luxation, C'est, les matériaux sont durcis. Parmi les nombreuses routines de durcissement, le durcissement par précipité a été bien établi et largement utilisé dans les matériaux d'ingénierie comme les alliages d'aluminium, superalliages Ni, acier, et récemment découvert des alliages à haute entropie.

Les précipités servent d'obstacles au glissement des dislocations et provoquent le durcissement du matériau. Cependant, ils peuvent entraîner une défaillance prématurée et une diminution de la ductilité. Les obstacles au glissement des luxations entraînent souvent une concentration de contraintes élevée et même des microfissures, une cause de localisation progressive des déformations et à l'origine du conflit résistance-ductilité.

Selon les chercheurs, la clé pour atténuer le compromis résistance-ductilité conventionnel est d'utiliser un mécanisme de durcissement doux mais homogène à un niveau de contrainte élevé. Les nanoprécipités fournissent un mécanisme de déformation durable et auto-durcissant qui améliore la ductilité et la résistance. La condition pour obtenir une nucléation de dislocation durable à partir d'un nanoprécipité est régie par le décalage de réseau entre le précipité et la matrice.

Dr Peng Shenyou, auteur de l'étude, dit "L'interaction des deux échelles de longueur, taille et espacement des précipités, peut être utilisé comme motif de conception optimal pour produire une superbe combinaison de résistance et de ductilité, ainsi que de fournir un critère de sélection de la taille et de l'espacement des précipités dans la conception des matériaux."

Ces résultats établissent une base pour l'optimisation de la résistance et de la ductilité grâce à des nanoprécipités densément dispersés dans des systèmes d'alliages à éléments multiples.