Engenharia de Materiais Computacional Integrada ICME: aplicada à modelagem, fabricação, teste e caracterização de ligas de alta entropia

Resumo

Ao longo dos últimos anos, algoritmos computacionais vêm sendo inseridos em praticamente todos os aspectos de nossa vida, otimizando o processo de resolução de problemas em velocidades nunca vistas antes. Em paralelo a isto, uma nova classe de ligas metálicas, as chamadas Ligas de Alta Entropia (High Entropy Alloys - HEAs), cuja principal característica é não possuir um único elemento principal, vem atraindo a atenção de pesquisadores nos últimos anos. O vasto campo no qual estas ligas existem faz com que elas sejam promissoras, porém também impõe um grande desafio em seu desenvolvimento dado que é inviável desenvolvê-las por tentativa-e-erro. O presente projeto propõe o desenvolvimento e aplicação de métodos computacionais, chamados de Integrated Computational Materials Engineering (ICME), para o desenvolvimento de novas ligas de alta entropia para aplicações estruturais. Serão trabalhadas diferentes estratégias para este desenvolvimento, incluindo o uso de algoritmos genéticos, inteligência artificial, cálculos termodinâmicos de alto rendimento e uso de amostras com gradientes composicionais. Estas estratégias serão combinadas com modelos fundamentais de previsão de fases, de mecanismos de endurecimento e de deformação. Ligas serão projetadas por esta combinação de técnicas e serão produzidas experimentalmente por fundição em forno a arco elétrico e/ou indução à vácuo. As diferentes ligas serão caracterizadas por técnicas no estado da arte em múltiplas escalas, utilizando microscopia eletrônica de varredura, transmissão, difração de raios-X, análises químicas e calorimetria diferencial de varredura. O comportamento mecânico das ligas será avaliado por ensaios mecânicos de tração, microdureza e nanodureza, com nanoindentador a ser adquirido no presente projeto. A interpretação das curvas de nanoindentação será feita de forma a obter diversas informações adicionais à dureza, como módulo de elasticidade e capacidade de encruamento da liga, o que, quando aplicado às ligas com gradientes composicionais, fornecerá bibliotecas de resultados. Todas estas informações experimentais irão servir para a validação ou reinterpretação dos modelos fundamentais utilizados em sua concepção, aprofundando o conhecimento fundamental da metalurgia física de ligas concentradas. Os principais resultados serão divulgados em periódicos internacionais de alto impacto e patentes serão buscadas para as ligas de propriedades mecânicas promissoras. O projeto terá importante papel na consolidação de parcerias do proponente com seis diferentes instituições internacionais. Por fim, o presente projeto foi construído de forma a permitir um transbordamento das técnicas e metodologias desenvolvidas para o campo de ensino, de forma a fortalecer o currículo dos alunos de graduação e pós-graduação do curso de Engenharia de Materiais da UFSCar. (AU)