Cerâmica

Scientific Reports volume 12, Artigo número: 21486 (2022) Citar este artigo

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CoCrFeNi é uma liga cúbica de face centrada (fcc) de alta entropia (HEA) bem estudada que exibe excelente ductilidade, mas apenas resistência limitada. O presente estudo concentra-se em melhorar o equilíbrio resistência-ductilidade deste HEA pela adição de quantidades variadas de SiC usando uma rota de fusão a arco. Descobriu-se que o cromo presente na base HEA resulta na decomposição do SiC durante a fusão. Consequentemente, a interação do carbono livre com o cromo resulta na formação in situ de carboneto de cromo, enquanto o silício livre permanece em solução no HEA base e/ou interage com os elementos constituintes do HEA base para formar silicietos. As mudanças nas fases microestruturais com o aumento da quantidade de SiC seguem a sequência: FCC → FCC + eutético → FCC + plaquetas de carboneto de cromo → FCC + plaquetas de carboneto de cromo + silicietos → FCC + plaquetas de carboneto de cromo + silicietos + glóbulos/flocos de grafite. Em comparação com ligas convencionais e de alta entropia, descobriu-se que os compósitos resultantes exibiam uma ampla gama de propriedades mecânicas (resistência ao escoamento de 277 MPa com mais de 60% de alongamento a 2522 MPa com 6% de alongamento). Alguns dos compósitos de alta entropia desenvolvidos mostraram uma excelente combinação de propriedades mecânicas (resistência ao escoamento de 1200 MPa com alongamento de 37%) e ocuparam regiões anteriormente inatingíveis em um mapa de limite de escoamento versus alongamento. Além de seu alongamento significativo, descobriu-se que a dureza e a resistência ao escoamento dos compósitos HEA estão na mesma faixa dos vidros metálicos a granel. Acredita-se, portanto, que o desenvolvimento de compósitos de alta entropia pode ajudar na obtenção de excelentes combinações de propriedades mecânicas para aplicações estruturais avançadas.

O projeto de ligas de alta entropia é um novo conceito promissor no campo da metalurgia . Foi demonstrado que ligas de alta entropia (HEAs) em alguns casos exibem uma excelente combinação de propriedades físicas e mecânicas, incluindo alta estabilidade térmica3,4, alongamento superplástico5,6, resistência à fadiga7,8, resistência à corrosão9,10,11, excelente desgaste12, 13,14,15 e propriedades tribológicas15,16,17 e bom desempenho mecânico mesmo em altas temperaturas18,19,20,21,22 e temperaturas criogênicas23,24,25. Combinações notáveis ​​​​de propriedades mecânicas em HEAs são geralmente atribuídas à presença de quatro efeitos principais, nomeadamente alta entropia configuracional26, distorção severa da rede27, difusão lenta28 e efeitos de coquetel29. HEAs são geralmente caracterizados como sendo do tipo FCC, BCC e HCP. Os HEAs FCC normalmente contêm elementos de transição, como Co, Cr, Fe, Ni e Mn, e exibem excelente ductilidade (mesmo em condições criogênicas) mas têm baixa resistência. Os HEAs BCC geralmente consistem em elementos de alta densidade, como W, Mo, Nb, Ta, Ti e V, que apresentam resistência muito alta, mas possuem baixa ductilidade e baixa resistência específica .

Modificações microestruturais de HEAs baseadas em processamento mecânico, processamento termomecânico e adições elementares têm sido exploradas a fim de obter melhores combinações de propriedades mecânicas. Descobriu-se que a deformação plástica severa do CoCrFeMnNi FCC HEA por meio de torção de alta pressão resultou em um grande aumento na dureza (520 HV) e na resistência (1950 MPa), mas o desenvolvimento da microestrutura nanocristalina (~ 50 nm) tornou a liga frágil31. Descobriu-se que a introdução de plasticidade induzida por geminação (TWIP) e plasticidade induzida por transformação (TRIP) ao CoCrFeMnNi HEA confere boa capacidade de endurecimento por deformação, resultando em uma grande ductilidade à tração, embora ao custo de baixos valores de verdadeira resistência à tração final (1124MPa)32. O uso de shot peening para desenvolver uma microestrutura hierárquica (consistindo de uma fina camada deformada e um núcleo não deformado) em um HEA CoCrFeMnNi resultou em um aumento de resistência, mas a melhoria foi limitada a apenas cerca de 700 MPa33. O desenvolvimento de ligas multifásicas de alta entropia e ligas eutéticas de alta entropia utilizando adições elementares não equiatômicas também tem sido explorado na busca por materiais com melhores combinações de resistência e ductilidade34,35,36,37,38,39,40,41 . De fato, descobriu-se que uma distribuição fina de fases duras e moles em ligas eutéticas de alta entropia resulta em combinações relativamente melhores de resistência e ductilidade .