Produção e Caracterização de HEAs de Alta Tenacidade por Algoritmo Genético

Resumo

As Ligas de Alta Entropia (do inglês High Entropy Alloys, ou HEAs) são uma nova classe de ligas metálicas cuja principal característica é possuir três ou mais elementos principais. O seu desenvolvimento busca atingir combinações únicas de propriedades, levando a criação de materiais com desempenho otimizado para aplicações específicas. Há um grande interesse no desenvolvimento de HEAs de alta tenacidade visando aplicações estruturais. O vasto campo no qual essas ligas existem gera a necessidade da utilização de métodos computacionais de alto desempenho para a seleção de composições que atinjam os requisitos de interesse de forma rápida e eficiente. A estratégia selecionada para este projeto é a utilização de algoritmos genéticos integrados ao método CALPHAD. Os algoritmos genéticos, por meio de processos de cross-over e mutação, formam novas gerações de ligas com propriedades cada vez mais próximas aos parâmetros de interesse. O método CALPHAD, por sua vez, é de fundamental importância para a predição das fases que estarão em equilíbrio em função da composição e temperatura. A junção dessas ferramentas permite a seleção de HEAs de alta tenacidade, cujas características otimizadas incluem: 1) alta resistência ao escoamento intrínseco advindo de endurecimento por solução sólida, 2) alto potencial de aumento de resistência via refino de grão e 3) efeito de maclagem e transformação de fases (TWIP/TRIP). A partir desse método, as 3 ligas de maiores componentes de endurecimento serão selecionadas, produzidas em pequenos botões de 50 g por fundição em forno de fusão a arco elétrico, processadas e caracterizadas por técnicas como: 1) microscopia eletrônica de varredura (MEV), incluindo espectroscopia por energia dispersiva (EDS) e possivelmente microscopia eletrônica de transmissão (MET) para determinar se as propriedades previstas se concretizaram; 2) calorimetria exploratória diferencial (DSC) para verificar eventuais transformações na liga e 3) nanodureza e microdureza Vickers para avaliar o potencial de cada composição. Com base nos resultados, a liga mais promissora será produzida em lingotes de 2 kg a 4 kg, sendo caracterizada por meio de ensaios de tração à temperatura ambiente, cujas curvas resultantes serão comparadas com as curvas de nanoindentação para extrair informações como capacidade de encruamento e propriedades elásticas da liga. As informações experimentais serão utilizadas para validação dos modelos fundamentais empregados para concepção das HEAs selecionadas, permitindo o aprofundamento do conhecimento da metalurgia física de ligas de alta entropia. Ademais, também será avaliada a integração do algoritmo genético com o método CALPHAD quanto à aplicabilidade para a seleção de composições de interesse, o que poderá ser eventualmente adaptado para a seleção de uma alta gama de ligas que não somente as de alta entropia.