Produção e Caracterização de HEAs de Alta Tenacidade por Algoritmo Genético

• Processo: 23/04907-2
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Mestrado
• Data de Início da vigência: 01 de maio de 2023
• Data de Término da vigência: 28 de fevereiro de 2025
• Área de conhecimento: Engenharias - Engenharia de Materiais e Metalúrgica - Metalurgia Física
• Pesquisador responsável: Francisco Gil Coury
• Beneficiário: Caroline Binde Stoco
• Instituição Sede: Centro de Ciências Exatas e de Tecnologia (CCET). Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR). São Carlos , SP, Brasil
• Vinculado ao auxílio: 22/02770-7 - Engenharia de Materiais Computacional Integrada ICME: aplicada à modelagem, fabricação, teste e caracterização de ligas de alta entropia, AP.PNGP.PI
• Bolsa(s) vinculada(s): 23/14613-6 - Otimização de Ligas de Alta Entropia utilizando métodos de Inteligência Artificial, BE.EP.MS
• Assunto(s): Algoritmos genéticos Caracterização estrutural Ligas de alta entropia Método CALPHAD Propriedades mecânicas
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: algoritmo genético | Caracterização de Materiais | ICME - (Engenharia de Materiais Integrada por Métodos Computacionais) | Ligas de Alta Entropia | Método Calphad | Propriedades mecânicas | Termodinâmica de Ligas Metálicas

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.

Publicações científicas

(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)

STOCO, CAROLINE BINDE; CASSAR, DANIEL ROBERTO; SANTANA, GEOVANA LIRA; KAUFMAN, MICHAEL; CLARKE, AMY; COURY, FRANCISCO GIL. Optimizing toughness in high entropy alloys using a genetic algorithm: A combined computational and experimental approach. MATERIALS TODAY COMMUNICATIONS, v. 41, p. 9-pg., 2024-12-01. (21/12044-9, 22/01327-2, 23/04907-2, 22/02770-7)