Última alteração: 2021-03-18
Resumo
Neste trabalho foi estudado o efeito de endurecimento por precipitação na liga multicomponente Cr29.5Co29.5Ni35Al4Ti2 (%at.), a qual foi obtida após diversas simulações termodinâmicas feitas usando método CALPHAD (software Thermo-Calc®). Com o intuito de se encontrar uma superliga de alta entropia que conciliasse boas propriedades mecânicas, principalmente a ductilidade obtida do efeito Twinning-Induced Plasticity do sistema CrCoNi, e uma boa resistência mecânica gerada pela formação de precipitados resultantes de pequenas adições de Al e Ti no sistema, chegou-se assim na composição de estudo.
Comprovou-se experimentalmente que a formação e a fase tanto dos precipitados quanto da matriz foram iguais aos simulados, a partir disso deu-se prosseguimento e maior profundidade ao estudo. A presença de precipitados não foi evidente em padrões de difração de raios-X nem em análises de microscopia óptica por conta do pequeno tamanho dos precipitados, ele puderam ser visualizados de forma clara em imagens de microscopia eletrônica de transmissão.
Para a análise do efeito de endurecimento por precipitação foram feitos tratamentos de envelhecimento para a indução de precipitados e assim o aumento de resistência mecânica na liga. Os tratamentos térmicos foram feitos em duas temperaturas, a 850ºC e 650º com diferentes tempos. Para o levantamento de curvas de envelhecimento, foi medido a microdureza das amostras envelhecidas e plotadas em um gráfico de dureza em função do tempo, para isso, todas as amostras inicialmente homogeneizadas foram cortadas para sofrerem o tratamento de envelhecimento, após envelhecidas foram embutidas, lixadas e polidas para passarem pelo ensaio de microdureza vickers.
Após o levantamento das curvas foi possível constatar que o endurecimento pelo mecanismo de precipitação foi bem sucedido, e com ele teve-se um aumento de cerca de 100 HV, onde inicialmente as amostras homogeneizadas possuíam dureza de aproximadamente 175 HV e após os tratamentos de envelhecimento atingiu-se uma dureza média entre 250-295HV (valor dependente do tempo utilizado). A curva de 850ºC revelou um aumento inicial da dureza e decréscimos da mesma após apenas períodos longos de envelhecimento, enquanto que a amostra a 650ºC não exibiu decréscimo de dureza mesmo após envelhecimento de 128 h, indicando que longos envelhecimentos são necessários nesta temperatura para se atingir a condição superenvelhecida enquanto que o tratamento a uma temperatura de 850°C provavelmente acelerou o processo de crescimento e coalescimento dos precipitados já que após períodos mais longos, como o de 1 semana tem-se uma grande queda do valor de dureza .
A principal diferença detectada com a mudança de parâmetros tempo e temperatura entre os tratamentos foi no tamanho médio dos precipitados, onde por meio de Microscopia Eletrônica de Transmissão foi revelado que o tamanho dos precipitados gira em torno de 10nm para uma amostra tratada por 144 h a 650°C, enquanto que para a temperatura de 850ºC eles giram em torno de 30nm para um envelhecimento de 10 h.
Após uma investigação inicial para avaliar os resultados fornecidos pelo software, comprovou-se que a formação e a fase tanto dos precipitados quanto da matriz da liga são iguais aos simulados, a partir disso deu-se prosseguimento e aprofundou-se o estudo da liga. Para isso, um lingote de 3 Kg foi produzido por fundição convencional (fundição por indução e vazamento do metal líquido em um molde de grafite). As amostras retiradas desse lingote passaram por um tratamento de homogeneização, na qual foram deixadas em um forno a 1200º (temperatura dentro do campo CFC sem precipitados) por 8 horas.
Para a análise do efeito de endurecimento por precipitação foram feitos tratamentos de envelhecimento para a indução de precipitados e assim o aumento de resistência mecânica na liga. Os tratamentos térmicos foram feitos em duas temperaturas, a 850ºC e 650º, em ambas as temperaturas foram feitos vários tratamentos de envelhecimento com diferentes tempos. Para o levantamento de curvas de envelhecimento, foi medido a microdureza das amostras envelhecidas e plotadas em um gráfico de dureza em função do tempo, para isso todas as amostras inicialmente homogeneizadas foram cortadas para sofrerem o tratamento de envelhecimento, após envelhecidas foram embutidas, lixadas e polidas para passarem pelo ensaio de microdureza vickers.
Após o levantamento das curvas foi possível constatar que o endurecimento pelo mecanismo de precipitação foi bem sucedido, e com ele teve-se um aumento de cerca de 100 HV, onde inicialmente as amostras homogeneizadas possuíam dureza de aproximadamente 175 HV e após os tratamentos de envelhecimento atingiu-se dureza média parecida entre as temperaturas utilizadas, esta variou entre 250-295HV (valor dependente do tempo utilizado). A curva de 850ºC revelou um aumento inicial da dureza e decréscimos da mesma após apenas períodos longos de envelhecimento, enquanto que a amostra a 650ºC não exibiu decréscimo de dureza mesmo após envelhecimento de 128 h, indicando que longos envelhecimentos são necessários nesta temperatura para se atingir a condição superenvelhecida.
Por fim, a principal diferença detectada com a mudança no tamanho dos precipitados com o tempo de envelhecimento e temperatura, por meio de Microscopia Eletrônica de Transmissão revelou que o tamanho dos precipitados gira em torno de 10nm para uma amostra tratada por 144 h a 650oC, enquanto para a temperatura de 850ºC eles giram em torno de 30nm para um envelhecimento de 10 h.