Desenvolvimento, modelagem e caracterização de ligas multi-elementos principais à base de Mo-Nb-Ti-W com adição de cobre

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Rodrigues, João Felipe Queiroz, 1992-
Data de Publicação: 2022
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
Texto Completo: https://hdl.handle.net/20.500.12733/6746
Resumo: Orientadores: Ausdinir Danilo Bortolozo, Vitor Rafael Coluci
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spelling Desenvolvimento, modelagem e caracterização de ligas multi-elementos principais à base de Mo-Nb-Ti-W com adição de cobreDevelopment, modeling and characterization of multi-principal element alloys based on Mo-Nb-Ti-W with copper additionLigas (Metalurgia)Diagramas de faseTermodinâmicaMetalurgia do póMetais - Propriedades mecânicasAlloysPhase diagramsThermodynamicsPowder metallurgyMetals - Mechanical propertiesOrientadores: Ausdinir Danilo Bortolozo, Vitor Rafael ColuciTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de TecnologiaResumo: A família das ligas refratárias de alta entropia foi projetada como uma nova classe de ligas estruturais de alta temperatura e apresentam propriedades que têm atraído a atenção da comunidade científica. Este trabalho tem por objetivo a modelagem e a manufatura de ligas de multi-elementos principais à base de Cu-Mo- Nb-Ti-W. Para predição da estabilidade das fases foi empregado o método CALPHAD. A predição das possíveis estruturas cristalinas destas ligas foi realizada através de um algoritmo genético acoplado com cálculos de estrutura eletrônica. Por fim, as propriedades físicas dessas estruturas foram calculadas. Os métodos de modelagem empregados resultaram na estabilidade de uma estrutura CCC-A2 em altas temperaturas para a liga MoNbTiW. Para as ligas com adição de cobre, intermetálicos de Ti/Cu também se tornam estáveis, sendo estes fundidos nas temperaturas de sinterização utilizadas no processo de metalurgia do pó, promovendo uma sinterização assistida por fase líquida. Para a rota de manufatura a liga composta por MoNbTiW foi produzida por fundição à arco elétrico e por metalurgia do pó, enquanto as ligas Cu 0,44 MoNbTiW, CuMoNbTiW e CuMoNbTi foram produzidas apenas pelo processo de metalurgia do pó. A sinterização das amostras foi realizada às temperaturas de 1200ºC e 1300ºC com permanência variando de 1 à 3 horas. A caracterização microestrutural foi realizada através de difração de raios X, microscopia eletrônica de varredura e espectroscopia de energia dispersiva. A caracterização das propriedades mecânicas foi feita por meio de ensaios de compressão e por microdureza Vickers. Para a liga fundida obteve-se dureza de 569 (±12,3) HV, LRC de 1300 (±65) MPa com deformação de 6,0 % e massa específica de 10,39 g/cm 3 . A liga CuMoNbTi tratada à 1200ºC por 3 horas foi a que apresentou o melhor resultado de propriedades mecânicas associadas à menor massa específica. Resultando em dureza de 502,0 (±34,0) HV, limite de escoamento de 937 (± 93) MPa e LRC de 1170 (±31) MPa, com uma deformação de 12,5% e massa específica de 7,97 g/cm 3 . Conforme previsto pela simulação via CALPHAD o intermetálico Ti-Cu coexiste com a solução sólida MoNbTi. De maneira geral, a adição de cobre promoveu um aumento da densificação das ligas e, por consequência, promoveu melhorias das propriedades mecânicas, ampliando a gama de possíveis aplicações dessas ligasAbstract: The family of high entropy refractory alloys is designed as a new class of high temperature structural alloys and exhibit properties that have attracted the attention of the scientific community. This work aims the modeling and manufacture of multi- principal element alloys based on Cu-Mo-Nb-Ti-W. To predict the phases stability, the CALPHAD method is used. The prediction of possible crystalline structures of these alloys is performed through a genetic algorithm coupled with electronic structure calculations. Finally, the physical properties of these structures are calculated. The modeling methods employed provide the stability of a CCC-A2 structure at high temperatures for the MoNbTiW alloy. For alloys with copper addition, Ti/Cu intermetallics also become stable, being these melted at the sintering temperatures used in the powder metallurgy process, promoting liquid-phase- assisted sintering. For the manufacturing route, the alloy composed of MoNbTiW is produced by electric arc casting and by powder metallurgy, while the alloys Cu 0,44 MoNbTiW, CuMoNbTiW and CuMoNbTi are produced by using only powder metallurgy process. The sintering of the samples was carried out at temperatures of 1200ºC and 1300ºC, with permanence varying from 1 to 3 hours. Microstructural characterization is performed by X-ray diffraction, scanning electron microscopy and energy dispersive spectroscopy. The characterization of the mechanical properties is carried out using compression tests and Vickers microhardness tests. For the as-cast alloy it is obtained a hardness of 569 (±12.3) HV, LRC of 1300 (±65) MPa with a deformation of 6.0% and a density of 10.39 g/cm 3 . The CuMoNbTi alloy treated at 1200ºC for 3 hours shows the best result of mechanical properties associated with the lowest specific mass. Resulting in a hardness of 502.0 (±34.0) HV, yield strength of 937 (± 93) MPa and LRC of 1170 (±31) MPa, with a deformation of 12.5% ??and density of 7.97 g/cm 3 . As predicted by the simulation via CALPHAD, the intermetallic Ti-Cu coexists with the solid solution MoNbTi. In general, the addition of copper promotes an increase in the densification of the alloys and, consequently, improvements in the mechanical properties, expanding the range of possible applications of these alloys are also attainedDoutoradoCiência dos MateriaisDoutor em TecnologiaCAPES001[s.n.]Bortolozo, Ausdinir Danilo, 1979-Nunes, Carlos AngeloOsório, Wislei Riuper RamosContieri, Rodrigo JoséGiro, Ronaldo, 1973-Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). 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