Análise da evolução microestrutural, estrutural e das propriedades mecânicas da liga de alta entropia CrCuFeCoNi produzida por fusão em forno a arco voltaico e tratado termicamente

Abstract

As ligas de alta entropia (LAEs) foram estudadas inicialmente entre 2003 e 2004, com foco na obtenção de novas propriedades mecânicas, em comparação com ligas tradicionais. Essas ligas combinam vários elementos em proporções equiatômicas ou não, possibilitando o design de ligas com propriedade únicas e desejadas. De modo geral, as ligas de alta entropia (LAEs) devem ter pelo menos cinco elementos em proporções de 5-35%. Inicialmente, acreditava-se que essas ligas seriam multifásicas, mas Cantor et al. (2004) mostraram que estas podem, a depender da composição, formar apenas uma fase cristalina de estrutura de baixa complexidade. O presente trabalho aborda a produção e caracterização da liga CrCuFeCoNi, uma variação da já bem conhecida liga de Cantor (CrMnFeCoNi) que incorpora o cobre em sua composição em detrimento do manganês. Em especial, este trabalho sintetizou a liga através de fusão em forno arco voltaico, seguido de tratamento térmico de envelhecimento isotérmico nos períodos de 3 e 6h a 500 ºC. As propriedades estruturais da liga foram caracterizadas via DRX, suas propriedades microestruturais através de Microscopia Óptica (MO) e a propriedade mecânica de microdureza através de medidas em microdurômetro. Estas caracterizações foram realizadas no estado como produzido e envelhecido. Os resultados de DRX mostraram uma estrutura CFC e o surgimento de novas fases após o tratamento térmico de envelhecimento. A microestrutura tanto da amostra sem tratamento, como a tratada por 3 e 6h mostra a presença de dendritas bem como a presença de pequenos pontos escuros que representam a precipitação de fases.

High entropy alloys (HEAs) were initially studied between 2003 and 2004, with a focus on obtaining new mechanical properties compared to traditional alloys. These alloys combine various elements in equiatomic or non-equiatomic proportions, enabling the design of alloys with unique and desired properties. In general, high entropy alloys (HEAs) must have at least five elements in proportions of 5-35%. Initially, it was believed that these alloys would be multiphase, but Cantor et al. (2004) showed that, depending on the composition, they can form only a single crystalline phase with a simple structure. This work addresses the production and characterization of the CrCuFeCoNi alloy, a variation of the well-known Cantor alloy (CrMnFeCoNi) that incorporates copper into its composition at the expense of manganese. In particular, this work synthesized the alloy through arc melting followed by isothermal aging heat treatment for 3 and 6 hours at 500°C. The structural properties of the alloy were characterized by XRD, its microstructural properties by Optical Microscopy (OM), and the mechanical property of microhardness by measurements in a microhardness tester. These characterizations were carried out in both the as-produced and aged states. The XRD results showed an FCC structure and the emergence of new phases after the aging heat treatment. The microstructure of both the untreated sample and those treated for 3 and 6 hours showed the presence of dendrites and small dark spots representing phase precipitation.