Microstructural control and evaluation of a FCC Cr-Co-Ni multi-principal element alloy with carbon-doping

Abstract

A área das ligas de múltiplos elementos principais (MPEAs) se caracteriza por uma mudança na concepção do design dos novos materiais. Ao se explorar composições contendo três ou mais elementos em altas concentrações, expande-se o limite de possibilidades quando comparado às ligas convencionais. Recentemente, ligas cfc (cúbicas de face centradas) do sistema Cr-Co-Ni têm chamado atenção devido as suas ótimas propriedades mecânicas, boa resistência à corrosão e, especialmente, à alta tenacidade que está dentre as maiores já reportadas para qualquer material conhecido. Este trabalho estuda os efeitos da adição de carbono na microestrutura e propriedades mecânicas da liga Cr40Co30Ni30. Para analisar o efeito desse elemento no controle e refino do tamanho de grão, tanto em solução sólida, quanto na forma de precipitados, duas ligas foram produzidas. Sendo suas composições nominais de Cr39,9Co30Ni30C0,1 e Cr39,6Co30Ni30C0,4, respectivamente. Ambas as ligas, bem como a liga base, foram processadas em três diferentes rotas de processamento para estudar os efeitos de adição de carbono depois de: tratamento de solubilização, precipitação grosseira (e heterogênea) e deformação plástica severa. A microestrutura e relação de Hall-Petch foram investigadas através do auxílio de diferentes técnicas de caracterização. Observou-se que a adição de carbono foi mais efetiva em retardar crescimento de grão quando aplicada uma etapa de solubilização, resultando em uma distribuição homogênea de precipitados ao final do processamento. Além disso, a sua contribuição para a dureza foi principalmente devido ao refino de grão, com virtualmente nenhum incremento referente ao endurecimento por solução sólida ou precipitação. Durante deformação plástica severa o carbono adicionado resultou em uma desativação da maclação induzida e transformação de fase induzidas por deformação, induzindo, assim, a formação de um arranjo nano-estruturado de falhas de empilhamento.