cerâmica

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 21486 (2022) Citar este artigo

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O CoCrFeNi é uma liga de alta entropia (HEA) cúbica de face centrada (FCC) bem estudada que exibe excelente ductilidade, mas apenas resistência limitada. O presente estudo se concentra em melhorar o equilíbrio resistência-dutilidade deste HEA pela adição de quantidades variáveis ​​de SiC usando uma rota de fusão a arco. 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 na base HEA e/ou interage com os elementos constituintes da base HEA 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 + silicetos → fcc + plaquetas de carboneto de cromo + silicidas + glóbulos/flocos de grafite. Em comparação com as ligas convencionais e de alta entropia, os compósitos resultantes exibiram 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 1200 MPa com 37% de alongamento) e ocuparam regiões anteriormente inatingíveis em um mapa de resistência ao escoamento versus alongamento. Além de seu alongamento significativo, a dureza e resistência ao escoamento dos compósitos HEA encontram-se na mesma faixa dos vidros metálicos a granel. Portanto, acredita-se que o desenvolvimento de compósitos de alta entropia pode ajudar na obtenção de excelentes combinações de propriedades mecânicas para aplicações estruturais avançadas.

O design de ligas de alta entropia é um novo conceito promissor no campo da metalurgia1,2. Ligas de alta entropia (HEAs) demonstraram em alguns casos 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 excepcionais de propriedades mecânicas em HEAs são geralmente atribuídas à presença de quatro efeitos principais, ou seja, alta entropia configuracional26, distorção de rede severa27, difusão lenta28 e efeitos de coquetel29. HEAs são geralmente caracterizados como sendo do tipo FCC, BCC e HCP. FCC HEAs normalmente contêm elementos de transição, como Co, Cr, Fe, Ni e Mn, e exibem excelente ductilidade (mesmo em condições criogênicas25), mas têm baixa resistência. BCC HEAs geralmente consistem em elementos de alta densidade, como W, Mo, Nb, Ta, Ti e V exibem resistência muito alta, mas têm baixa ductilidade e baixa resistência específica30.

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. Verificou-se que a deformação plástica severa do CoCrFeMnNi FCC HEA por meio de torção de alta pressão resultou em um grande aumento tanto na dureza (520 HV) quanto na resistência (1950 MPa), mas o desenvolvimento da microestrutura nanocristalina (~ 50 nm) tornou a liga frágil31. A introdução de plasticidade induzida por geminação (TWIP) e plasticidade induzida por transformação (TRIP) para o CoCrFeMnNi HEA conferiu boa capacidade de encruamento, resultando em uma grande ductilidade à tração, embora ao custo de baixos valores de resistência à tração final verdadeira (1124 MPa)32. O uso de shot peening para desenvolver uma microestrutura hierárquica (consistindo de uma fina camada deformada e um núcleo não deformado) em um CoCrFeMnNi HEA 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 . Uma distribuição fina de fases duras e moles em ligas eutéticas de alta entropia resultou em combinações relativamente melhores de resistência e ductilidade35,38,42,43.