Samtidig hög hållfasthet och stor duktilitet är alltid önskvärt för metalliska material. Dock, medan styrkan hos metaller och legeringar lätt kan ökas med fem till 15 gånger genom enkel plastisk deformation eller kornförfining ner till nanoskala, ökningen i styrka åtföljs vanligtvis av en drastisk förlust av enhetlig duktilitet. Duktiliteten beror starkt på arbetshärdningsförmågan, som blir svag i material med hög hållfasthet, speciellt i ett enfasmaterial.

Publicerar online i PNAS , forskargruppen av prof. WU Xiaolei vid den kinesiska vetenskapsakademin, i samarbete med Prof. En Ma vid Johns Hopkins University, U.S., har visat en strategi för att utnyttja en dynamiskt förstärkt multilevel heterogen grain structure (HGS). De demonstrerade beteendet hos en sådan HGS med den ansiktscentrerade kubiska CrCoNi mediumentropilegeringen (MEA) som modellsystem.

Ryggspänningshärdning är vanligtvis inte uppenbar i enfasiga homogena korn. För att övervinna detta, forskarna skapade medvetet en ovanligt heterogen kornstruktur. De drog fördel av den låga staplingsfelenergin hos MEA, som underlättar genereringen av tvinnade nanokorn och staplingsfel under dragspänning, dynamiskt förstärker heterogeniteten i farten.

För den resulterande extrema HGS, ryggspänningshärdning kan göras ovanligt stark och upprätthållas till stora dragpåkänningar efter att ha gett efter vid gigapascal spänning i frånvaro av heterogeniteter från någon andra fas. Specifikt, med kallvalsning och omkristallisationsglödgning, forskarna konstruerade skickligt en HGS med kornstorlekar i tre nivåer (mikrometer, submikron, och nanometer), över vilken spänning och töjningsuppdelning uppstår när HGS deformeras plastiskt.

Nya nanokorn bildas vid kornhörn på grund av de större spänningarna där. Denna dynamiska kornförfining, liknande TWIP-effekten och TRIP-effekten, bidrar till att ryggspänningen hårdnar, som visar sig vara den största av alla de legeringar som hittills rapporterats.

Denna HGS uppnår i en enfas, enkelstrukturerad (FCC) legering en hållfasthet-duktilitetskombination som normalt skulle kräva komplexa heterogeniteter som i flerfasstål.