Tecnica di personalizzazione delle caratteristiche di un metallo

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DSCN1312Cambiando gradualmente la struttura interna dei metalli, si possono ottenere materiali più forti e duri da personalizzare per una vasta gamma di applicazioni: dai giubbotti antiproiettile alle parti delle automobili. Lo ha scoperto un gruppo internazionale di ricercatori, osservando la struttura delle ossa e del bambù. “Se guardate un metallo sotto il microscopio, vedete che è composto da milioni di grani compatti, la cui dimensione e disposizione ne influenza le caratteristiche fisiche” spiega Yuntian Zhu, professore presso l’Università della North Carolina. “Avere piccoli grani sulla superficie rende il metallo più duro, ma anche meno duttile, cioè non può essere allungato molto senza rompersi. Se però aumentiamo gradualmente la dimensione dei grani nel materiale, possiamo rendere il metallo più duttile” aggiunge Xiaolei Wu, professore dell’Accademia Cinese delle Scienze. Una variazione simile avviene nella dimensione e nella distribuzione delle strutture nella sezione trasversale di un osso o di un gambo di bambù. In poche parole, l’interfaccia graduale dei grani grandi e piccoli rende il materiale più forte e più duttile, una combinazione di caratteristiche irraggiungibile nei materiali convenzionali. Questa tecnica di personalizzazione delle caratteristiche di un metallo, battezzata struttura gradiente (gradient structure), è stata testata con un’ampia varietà di metalli, tra cui rame, ferro, nichel e acciaio inossidabile, ottenendo sempre un miglioramento delle proprietà. Il team di ricerca ha anche sperimentato il nuovo approccio all’acciaio interstiziale libero (IF), che viene impiegato in alcune applicazioni industriali. Se l’acciaio IF convenzionale è abbastanza forte da resistere 450 megapascal (MPa) di stress, ha una duttilità molto bassa, dato che può essere allungato meno del 5% della sua lunghezza senza rompersi. E questo lo rende pericoloso. I ricercatori hanno realizzato un acciaio IF con una struttura gradiente, abbastanza forte per gestire 500 MPa e abbastanza duttile per allungarsi al 20 per cento della sua lunghezza prima di rompersi. La struttura gradiente è stata testata anche per rendere i materiali più resistenti corrosione, usura e fatica.

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