Determinação do teor de diluição e microdureza de liga multicomponente CrMnCoFeNi fundida a laser com diferentes densidades de energia

Abstract

As ligas de alta entropia são ligas multicomponentes que devem conter pelo menos 5 elementos diferentes em concentrações que variam de 5% a 35%. Elas vem se destacando em pesquisas desde o início dos anos 2000, devido às suas propriedades únicas em comparação com as ligas metálicas convencionais. O laser cladding é um processo de revestimento que utiliza um feixe de laser para depositar material em uma superfície. O calor do laser funde os materiais, que se solidificam em uma camada uniforme. O objetivo deste trabalho de conclusão de curso foi analisar a microestrutura resultante da fusão via laser cladding de uma liga composta por Cromo, Manganês, Ferro, Cobalto e Níquel. Os pós metálicos de alta pureza foram pesados em proporção equiatômicas e misturados. Para a fusão dos pós, uma barra de aço 1020 foi escolhida como substrato e jateada com areia para preparar a superfície. Uma camada fina e uniforme do pó foi espalhada sobre a chapa de aço, em seguida, o processo de fusão a laser foi usado para fundir seletivamente o pó em áreas específicas, variando a potência do laser e a velocidade de varredura. Após a fusão, realizou-se ensaios metalográficos e ensaios de microdureza e analisou-se os resultados. Os resultados revelaram que o aumento da potência do laser resultou em maior percentual de diluição, enquanto a diminuição da velocidade de varredura apresentou um efeito relativamente menor nesse aspecto. A microdureza foi diretamente afetada pelo percentual de diluição, com amostras mais diluídas apresentando menor resistência. Com base nos resultados, identificou-se um conjunto ideal de parâmetros de processamento que proporcionou alta microdureza e maior profundidade de penetração. Essas descobertas destacam a importância da seleção cuidadosa dos parâmetros para otimizar o processo de laser cladding e alcançar um equilíbrio entre resistência e aderência do revestimento.

High-entropy alloys are multicomponent alloys that must contain at least 5 different elements in concentrations ranging from 5% to 35%. They have gained prominence in research since the early 2000s due to their unique properties compared to conventional metallic alloys. Laser cladding is a coating process that uses a laser beam to deposit material onto a surface. The laser's heat melts the materials, which then solidify into a uniform layer. The objective of this undergraduate thesis was to analyze the microstructure resulting from laser fusion of an alloy composed of Chromium, Manganese, Iron, Cobalt, and Nickel. High-purity metallic powders were weighed in equiatomic proportions and mixed. For powder fusion, a 1020 steel bar was chosen as the substrate and sandblasted to prepare the surface. A thin and uniform layer of powder was spread on the steel plate, and then the laser fusion process was used to selectively melt the powder in specific areas, varying the laser power and scanning speed. After fusion, metallographic and microhardness tests were performed, and the results were analyzed. The findings revealed that increasing the laser power resulted in a higher percentage of dilution, while decreasing the scanning speed had a relatively minor effect on this aspect. Microhardness was directly affected by the percentage of dilution, with more diluted samples exhibiting lower resistance. Based on the results, an ideal set of processing parameters was identified, which provided high microhardness and greater penetration depth. These findings emphasize the importance of carefully selecting parameters to optimize the laser cladding process and achieve a balance between coating strength and adhesion.