Efeito do oxigênio em ligas refratárias de alta entropia

Autor(es)

Carolina Soares

• Tipo de documento: Tese de Doutorado
• Imprenta: São Carlos.
• Instituição: Universidade de São Paulo (USP). Escola de Engenharia de São Carlos (EESC/SBD)
• Data de defesa: 2024-12-04

Membros da banca

Marcelo Falcão de Oliveira; Conrado Ramos Moreira Afonso; Lauralice de Campos Franceschini Canale; Alessandro Roger Rodrigues; Guilherme Zepon

• Orientador: Marcelo Falcão de Oliveira

Resumo

A crescente necessidade de ligas metálicas resistentes a altas temperaturas impulsionou o desenvolvimento de novos materiais, entre os quais se destacam as ligas de alta entropia refratárias (RHEAs). Suas primeiras composições foram reportadas em 2010, e a resistência mecânica dessas ligas a altas temperaturas superou a das superligas de níquel tradicionalmente utilizadas. As RHEAs são ligas metálicas compostas por cinco ou mais elementos, a maioria refratários, com teor entre 5 e 35% (at.) e que possuem entropia de mistura suficientemente alta para estabilizar uma microestrutura monofásica de solução sólida, em detrimento da formação de intermetálicos. Elementos refratários pertencentes aos grupos 5 e 6 da tabela periódica, bem como elementos do grupo 4 (como Ti e Zr), comumente adicionados a essas ligas, são bastante reativos com o oxigênio. A contaminação durante o processamento ou o aquecimento posterior é, portanto, bastante comum. Entretanto, a interferência desse elemento ainda é pouco estudada e não há consenso em relação ao efeito na ductilidade dessas ligas. Existem trabalhos que afirmam que sua presença em solução sólida pode aumentar a ductilidade, enquanto outros afirmam que o oxigênio é prejudicial e pode fragilizar a liga. O objetivo desse trabalho foi avaliar o efeito do oxigênio nas propriedades mecânicas das ligas Al15Nb30Ti25V5Mo25 e Al15Nb30Ti25V5Zr25 sob compressão em temperatura ambiente. Foram utilizados três níveis de oxigênio para cada composição: o menor nível compatível com a fabricação das ligas com elementos de menor contaminação, sendo para ambas as ligas por volta de 0,1% (at.); um nível intermediário, cujo teor foi de 0,5% para a liga com molibdênio e 1% para a liga com zircônio; e um nível alto, cujo teor foi 1% e 2%, respectivamente, para as ligas com molibdênio e zircônio, de acordo com a solubilidade desse elemento suportada para cada liga. Segundo análises de microscopia eletrônica de varredura e difração de raios X, tais níveis garantiram que o oxigênio permanecesse na forma de solução sólida, sem a formação de óxidos ou outras fases. Os ensaios de compressão foram conduzidos em amostras de 9 mm de comprimento por 6 mm de diâmetro, utilizando-se a técnica de correlação de imagens digitais (CID) para medir o campo de deslocamentos e, portanto, a deformação. Comportamentos distintos foram observados nas ligas Al15Nb30Ti25V5Mo25 e Al15Nb30Ti25V5Zr25. A liga com molibdênio, cuja estrutura era cúbica de corpo centrado, apresentou aumento da ductilidade e resistência mecânica. A liga não apresentava deformação plástica e tinha resistência à compressão média de 856 MPa com 0,1% de oxigênio; com teores por volta de 0,5%, passou a apresentar cerca de 5% de deformação e resistência média de 4136 MPa. O aumento posterior para 1% de oxigênio prejudicou a ductilidade e a resistência, cujos valores médios caíram para 1,3% e 2744 MPa. No entanto, a liga com zircônio, cuja estrutura era do tipo B2, apresentou aumento da resistência mecânica média de 930 MPa para 4429 e 4922 Mpa respectivamente com a adição de 1% ou 2% de oxigênio e queda da deformação total, que caiu de 14% para a liga base para 11% e 4% com a adição dos teores intermediário e máximo de oxigênio. Assim, embora essa liga suporte maior quantidade de oxigênio, esse elemento foi prejudicial para a ductilidade. (AU)

• Processo FAPESP: 20/04444-4 - Efeito o oxigênio em ligas refratárias de alta entropia
• Beneficiário: Carolina Soares
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado