强度和柔韧性是钢铁中通常需要平衡的两个对立面。但是现在普渡大学和桑迪亚国家实验室的工程师们已经开发出一种新的处理方法，可以应用于钢合金，使其同时具有更强的强度和更高的延展性，这可能在能源和航空航天领域有一系列的用途。

强度是衡量一种材料在失效前能承受多大的负荷，而延展性则衡量它能多容易被延伸或拉长成不同的形状。这两种特性通常是相互矛盾的，导致需要根据手头的应用来进行权衡。在金属中，这一切都归结为构成材料的微小晶粒。较大的晶粒更善于变形，以实现更好的延展性，而较小的晶粒可以处理更多的应变并提高强度。

在一项新的研究中，科学家们开发了一种钢的处理方法，通过调整这些晶粒可以更好地平衡强度和延展性。研究小组对一种被称为T-91的钢合金进行了处理，产生了一种他们称之为梯度T-91（G-T91）的新材料，顾名思义，这种材料的整个晶粒大小是有梯度的。

这种处理方法形成了一层薄薄的超细金属晶粒，从表面一直到材料中的大约200微米。外面的晶粒长度不到100纳米，而中间的晶粒则高达100倍。这使G-T91具有700兆帕的屈服强度--比未经处理的T-91提高了36%--以及比T-91提高50%的塑性。

"这就是结构的魅力；中心是软的，所以它可以维持塑性，但通过引入纳米层，表面变得更硬，"该研究的主要作者Shang Zhongxia说。"如果你创造这种梯度，中心有大颗粒，表面有纳米颗粒，它们会协同变形。大晶粒负责拉伸，小晶粒则是为了适应压力。现在你可以制造一种具有强度和延展性相结合的材料。"

为了了解这一点是如何运作的，研究小组在应用应变的不同阶段拍摄了材料的扫描电子显微镜图像。通常情况下，靠近表面的超细晶粒是垂直方向的，但随着施加更多的应变，它们开始呈现出更多的球状，然后转向并水平伸展。这使得钢能够更有效地变形。

但研究小组说，这些晶粒究竟是如何以及为什么移动的，仍然是一个谜。未来的工作将对此进行调查，这可能有助于发现更好的方法来安排晶粒，以制造具有不同特性的材料。

该研究发表在《科学进展》杂志上。