Avaliação de propriedades mecânicas e características metalúrgicas da liga multicomponente Cr₄₀Co₃₀Ni₃₀ processada em escala semi-industrial
| Ano de defesa: | 2021 |
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Universidade Federal de São Carlos
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Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais - PPGCEM
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Resumo: | Differently from the classic concept of alloy design, which is based on selecting a main element and adding others to guarantee specific properties, a new strategy has been used in recent years for the so-called multicomponent alloys or high entropy alloys, which do not have a single main element. The most famous and commonly studied was the Brian Cantor’s alloy Fe20Cr20Mn20Ni20Co20, which shows a face centered cubic structure and excellent properties at room and cryogenic temperatures. Further studies showed that the ternary equiatomic alloy Cr33Co33Ni33 had a strength and ductility combination superior to that of the quinary alloy, indicating that the mechanical strength is not only a function of the number of elements, but also of the type of element used, with Cr being the most promising in increasing the alloy strength. Based on previous research, the Cr40Co30Ni30 (% atomic) alloy was chosen to be studied in this work. The composition was produced on a semi-industrial scale, in ingots weighing approximately 50 kg. The material was homogenized, hot worked by forging and rolling, heat treated and mechanically tested. The mechanical properties were evaluated by tensile, hardness and Charpy-V impact tests at ambient and cryogenic temperatures, on the hot formed and heat treated conditions. It was verified that the melting method and raw material purity used in the melting operation have a direct effect on the type and quantity of inclusions formed. Moreover, despite the material showing good mechanical properties, its production by hot forming is challenging, once it has a strong tendency to surface defects below 900oC. |
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Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/21121.https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/21121Differently from the classic concept of alloy design, which is based on selecting a main element and adding others to guarantee specific properties, a new strategy has been used in recent years for the so-called multicomponent alloys or high entropy alloys, which do not have a single main element. The most famous and commonly studied was the Brian Cantor’s alloy Fe20Cr20Mn20Ni20Co20, which shows a face centered cubic structure and excellent properties at room and cryogenic temperatures. Further studies showed that the ternary equiatomic alloy Cr33Co33Ni33 had a strength and ductility combination superior to that of the quinary alloy, indicating that the mechanical strength is not only a function of the number of elements, but also of the type of element used, with Cr being the most promising in increasing the alloy strength. Based on previous research, the Cr40Co30Ni30 (% atomic) alloy was chosen to be studied in this work. The composition was produced on a semi-industrial scale, in ingots weighing approximately 50 kg. The material was homogenized, hot worked by forging and rolling, heat treated and mechanically tested. The mechanical properties were evaluated by tensile, hardness and Charpy-V impact tests at ambient and cryogenic temperatures, on the hot formed and heat treated conditions. It was verified that the melting method and raw material purity used in the melting operation have a direct effect on the type and quantity of inclusions formed. Moreover, despite the material showing good mechanical properties, its production by hot forming is challenging, once it has a strong tendency to surface defects below 900oC.Distintamente do conceito clássico de design de ligas, que consistia na seleção de um elemento principal e adição de outros para garantia de propriedades específicas, uma nova estratégia passou a ser empregada nos últimos anos para as então denominadas ligas multicomponentes ou ligas de alta entropia, onde não há um único elemento principal. Nesse campo, a liga mais famosa e comumente estudada foi a descoberta por Brian Cantor, Fe20Cr20Mn20Ni20Co20, que apresentava estrutura cúbica de face centrada e excelentes propriedades a temperatura ambiente e criogênica. Estudos posteriores mostraram que a liga equiatômica ternária Cr33Co33Ni33 possuía propriedades mecânicas de resistência e ductilidade superior àquela liga quinaria, indicando que a resistência mecânica não é apenas função do número de elementos que compõem a liga metálica, mas também do tipo de elemento utilizado, sendo que o Cr foi o mais promissor em aumento de resistência. Com base em estudos anteriores, a liga Cr40Co30Ni30 (% atômica) foi escolhida para ser estudada nesse trabalho. A composição foi produzida em escala semi-industrial, em lingotes de aproximadamente 50 kg. O material foi homogeneizado, conformado a quente por forjamento e laminação, tratado termicamente e ensaiado. As propriedades mecânicas foram avaliadas por meio de ensaios de tração, dureza e impacto Charpy-V a temperaturas ambiente e criogênicas, nas condições de bruto de conformação e tratado termicamente. Verificou-se que o método de fusão e qualidade da matéria prima empregada afetam diretamente no tipo de inclusão formada. Constatou-se que, apesar do material possuir boas propriedades mecânicas, sua produção por conformação a quente é desafiadora, dado que apresenta forte tendência ao surgimento de defeitos abaixo de 900oC.Não recebi financiamentoporUniversidade Federal de São CarlosCâmpus São CarlosPrograma de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais - PPGCEMUFSCarAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessCr₄₀Co₃₀Ni₃₀Ligas multicomponentesLigas de alta entropiaMulticomponent alloysHigh entropy alloysENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA::METALURGIA FISICAAvaliação de propriedades mecânicas e características metalúrgicas da liga multicomponente Cr₄₀Co₃₀Ni₃₀ processada em escala semi-industrialEvaluation of mechanical properties and metallurgical characteristics of the Cr₄₀Co₃₀Ni₃₀ multicomponent alloy processed on a semi-industrial scaleinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisreponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARTEXTAVALIA~1.PDF.txtAVALIA~1.PDF.txtExtracted texttext/plain102993https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/8c0fa544-66a7-4218-8e6b-600732bfa9f8/download495de664da40734dca3ab6a9e763b3b7MD53falseAnonymousREADTHUMBNAILAVALIA~1.PDF.jpgAVALIA~1.PDF.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg4079https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/bdda8caf-3ee4-43bc-99b1-516d10abbbf2/download0373e1e160a0f7a0bd39fdfcddd3ddbaMD54falseAnonymousREADORIGINALAVALIA~1.PDFAVALIA~1.PDFapplication/pdf6306540https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/0d9d91b2-0f1b-4d6d-9f09-81036746a616/download72428fdfacc74d19dfc4932bdd043dc0MD51trueAnonymousREADCC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8810https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/48e65cf2-f152-47e9-b2d8-a3b3d15e4ea9/downloadf337d95da1fce0a22c77480e5e9a7aecMD52falseAnonymousREAD20.500.14289/211212025-02-06 04:26:46.348http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilopen.accessoai:repositorio.ufscar.br:20.500.14289/21121https://repositorio.ufscar.brRepositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestrepositorio.sibi@ufscar.bropendoar:43222025-02-06T07:26:46Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false |
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Avaliação de propriedades mecânicas e características metalúrgicas da liga multicomponente Cr₄₀Co₃₀Ni₃₀ processada em escala semi-industrial Pereira, Vitor Deghaid Cr₄₀Co₃₀Ni₃₀ Ligas multicomponentes Ligas de alta entropia Multicomponent alloys High entropy alloys ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA::METALURGIA FISICA |
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