Độ bền là thước đo mức độ tải trọng mà vật liệu có thể chịu được trước khi bị hỏng, trong khi độ dẻo đo mức độ dễ dàng kéo dài hoặc kéo dài của vật liệu thành các hình dạng khác nhau.

Độ bền và tính linh hoạt là hai phương diện đối lập thường cần được cân bằng trong vật liệu thép. Nhưng giờ đây, các kỹ sư tại Đại học Purdue và Phòng thí nghiệm Quốc gia Sandia đã phát triển một phương pháp xử lý mới có thể áp dụng cho các hợp kim thép để làm cho chúng đồng thời bền hơn và dẻo hơn, có thể có nhiều ứng dụng trong ngành xây dựng, năng lượng và hàng không vũ trụ.

Độ bền là thước đo mức độ tải trọng mà vật liệu có thể chịu được trước khi bị hỏng, trong khi độ dẻo đo mức độ dễ dàng kéo dài hoặc kéo dài của vật liệu thành các hình dạng khác nhau. Hai thuộc tính này thường mâu thuẫn với nhau, dẫn đến sự đánh đổi cần được cân bằng tùy thuộc vào ứng dụng hiện tại.

Trong kim loại, tất cả đều bắt nguồn từ các hạt nhỏ tạo nên vật liệu, các hạt lớn hơn biến dạng tốt hơn để cho phép độ dẻo tốt hơn, trong khi các hạt nhỏ hơn có thể chịu được nhiều sức căng hơn, tăng cường độ bền.

Trong một nghiên cứu mới, các nhà khoa học đã phát triển một phương pháp xử lý thép có thể cân bằng tốt hơn độ bền và độ dẻo bằng cách điều chỉnh các hạt này. Nhóm đã xử lý một hợp kim thép được gọi là T-91 để tạo ra một vật liệu mới mà họ gọi là Gradient T-91 (G-T91).

Quá trình xử lý tạo thành một lớp mỏng các hạt kim loại siêu mịn từ bề mặt xuống khoảng 200 micromet trong vật liệu. Các hạt ở bên ngoài dài chưa đến 100 nanomet, trong khi các hạt ở trung tâm lớn hơn tới 100 lần. Điều này mang lại cho G-T91 độ bền chịu được áp suất lên đến 700 megapascal – cải thiện 36% so với T-91 chưa qua xử lý – và độ dẻo tốt hơn 50% so với T-91.

Nhóm nghiên cứu cho biết: “Phần trung tâm mềm nên có thể duy trì tính dẻo, nhưng bằng cách sử dụng lớp phủ nano, bề mặt đã trở nên cứng hơn nhiều. Sau đó, với các hạt lớn ở trung tâm và các hạt nano trên bề mặt, sẽ tạo lên một loại vật liệu biến dạng đồng bộ. Các hạt lớn đảm nhiệm độ dẻo và các hạt nhỏ tăng cường độ bền, tạo ra một loại vật liệu có sự kết hợp giữa độ bền và độ dẻo”.

Nhóm nghiên cứu đã chụp ảnh vật liệu bằng kính hiển vi điện tử quét ở các giai đoạn ứng dụng biến dạng khác nhau. Trong quá trình thử nghiệm, cho thấy vật liệu thép mới có khả năng biến dạng hiệu quả hơn.

Tuy nhiên vẫn cần có những nghiên cứu sâu hơn nhằm tạo ra vật liệu có các đặc tính khác nhau, tối ưu hơn cho các dạng công trình và ứng dụng khác nhau.

Theo Đức Tú (biên dịch từ New Atlas)

Tạp chí Xây dựng