Caracterização microestrutural e mecânica da liga de alta entropia CrMnFeCoNi conformada por laminação
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Universidade Federal de Minas Gerais
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Tipo
Dissertação de mestrado
Título alternativo
Primeiro orientador
Membros da banca
Leandro de Arruda Santos
Witor Wolf
Witor Wolf
Resumo
Ligas de alta entropia (LAE) são ligas que normalmente contêm cinco ou mais
elementos principais em frações atômicas que variam entre 5% e 35%. Apesar da
presença de um grande número de componentes, as LAE geralmente apresentam
estruturas cristalinas simples, tais como cúbicas de face centradas (CFC). A
característica distintiva dessas ligas foi originalmente atribuída à alta entropia
configuracional associada à mistura de um grande número de constituintes,
possibilitando a formação de soluções sólidas simples. Desde então, esta nova
classe de ligas vem sendo extensivamente estudada, e tem atraído atenção da
academia, sendo reportadas com muitas propriedades interessantes e, em alguns
casos, consideravelmente melhores do que as verificadas nos materiais
tradicionais, bem como: resistência ao desgaste, resistência em altas
temperaturas, elevada dureza, boa estabilidade térmica, boas características de
resistência á fadiga e boa resistência á corrosão. Pesquisas para potenciais
aplicações das ligas de alta entropia estão utilizando o processamento
termomecânico envolvendo elevados níveis de deformações para refinar a
microestrutura dessas ligas, e a laminação a frio tem se mostrado a tecnologia
principal para melhorar a resistência dessas ligas. Partindo deste contexto, este
trabalho relata os efeitos da laminação a frio na microestrutura final e nas
propriedades mecânicas de uma LAE CrMnFeCoNi processada por conformação
por spray e laminada a frio com deformações verdadeiras de 30, 50, 90 e 146%.
Os resultados apresentaram uma liga com excelente trabalhabilidade e exibiram
uma grande capacidade de endurecimento no trabalho em laminação a frio.
Verificou-se que na amostra em condição bruta de spray os grãos estão
aleatoriamente orientados e, durante a laminação a frio, as amostras indicaram
uma formação de textura do tipo {220}. Como efeito do trabalho a frio, ocorreram
as interações típicas de Discordância-Discordância e outras interações de
Discordância-Contornos de Maclas, com a maclação contribuindo
significativamente para o aumento de resistência mecânica por conta dos
contornos extras introduzidos durante a maclação, fenômeno conhecido como
efeito Hall-Petch Dinâmico. A liga de alta entropia CrMnFeCoNi na condição bruta de spray apresentou limite de escoamento de 319,0 MPa, limite de resistência à
tração de 671,7 MPa e alongamento de 43,6%. Já a amostra com deformação
verdadeira de 146% apresentou elevado limite de resistência e escoamento,
cerca de 1256 MPa, ao custo da ductilidade.
Abstract
High-entropy alloys (HEAs) are defined as alloys that normally contain five or more
major elements in atomic fractions ranging from 5% to 35%. Despite the presence
of a large number of components, HEAs often show rather simple crystal
structures such as faces centered cubic (FCC). The distinctive feature of these
alloys was originally attributed to the high configurational entropy associated with
the mixing of a large number of constituents, allowing the formation of simple solid
solutions. Since then, this new class of alloys has been extensively studied, and
has attracted attention from academia, being reported with many interesting
properties. In some cases the properties may be considerably better than those
found in traditional materials, such as: good wear resistance, high temperatures
resistance, high hardness, good thermal stability, good fatigue resistance
characteristics and good corrosion resistance. Research for potential applications
of high entropy alloys are using thermomechanical processing involving high
deformation levels to refine the microstructure of these alloys and, cold rolling has
been shown to be the main technology to improve the strength of these alloys.
From this context, this work reports the effects of cold rolling on the final
microstructure and the mechanical properties of a CrMnFeCoNi HEA processed
by spray-formed and deformed to 30, 50, 90 and 146% of true strain. The results
presented an alloy with excellent workability and exhibited a large work hardening
capacity in cold rolling. The sample in as-sprayed condition is texture free and
during cold rolled, the samples indicated a formation of {220} type texture. During
cold rolling occurred the typical dislocation interactions dislocation-dislocation and
the other from dislocation-mechanical twin boundary interactions, with the twinning
contributing significantly to strain hardening because of the extra boundaries
introduced during twinning (i.e., the dynamic Hall-Petch effect). The LAE
CrMnFeCoNi in as-spray condition showed good results in terms of yield strength,
tensile strength and elongation, about 319,0 MPa, 671,7 MPa and 43,6%
respectively. The true strain sample of 146%, on the other hand, presented high
tensile strength and yield strength, about 1256 MPa, at the cost of ductility.
Assunto
Palavras-chave
Ligas de alta entropia, Laminação a frio, Caracterização microestrutural, Hall-Petch Dinâmico