Análise da adição do carbeto de silício na liga de alta entropia FeMnCrCoNi produzida por fusão a arco voltaico

Abstract

As ligas de alta entropia são caracterizadas por conter pelo menos cinco elementos em composições equiatômicas ou não equiatômicas. Dentre os diversos efeitos possíveis dessas combinações, destaca-se a alta entropia configuracional que têm influência direta nas suas fases constituintes, na cinética de formação de fases e, consequentemente, nas suas propriedades físicas e mecânicas. Estas ligas em função da sua versatilidade composicional apresentam potencial para aplicação na área de Engenharia de Superfícies, na indústria aeroespacial, automotiva, dentre outras. Recentemente trabalhos apontaram a possibilidade de combinação sinérgica entre uma fase de alta entropia e um reforço cerâmico. Neste sentido, o campo de estudo de alta entropia amplia a possibilidade de aplicações, pois estes novos materiais permitem a combinação das propriedades clássicas da maioria dos metais (elevada ductilidade e tenacidade) com as propriedades clássicas dos materiais cerâmicos (elevado módulo de resistência mecânica e dureza). Diante desse contexto, este trabalho teve como objetivo a síntese da liga FeMnCrCoNi com diferentes teores de carbeto de silício (SiC) em percentual por massa (0, 5 e 10%) através do processo de fusão a arco voltaico. A análise da liga foi realizada por meio de microscopia óptica, revelando mudanças na microestrutura à medida que o SiC foi incorporado. Inicialmente, uma estrutura dendrítica foi obtida, com a presença de alguns óxidos no material. Na liga com adição de 5% de SiC, observou-se uma microestrutura bifásica, com uma região clara em forma de dendritos contornada por uma região mais escura. Na liga com adição de 10% de SiC, uma evidente presença de carbonetos dispersos pelo material foi identificada. A liga foi submetida a ensaios de microdureza utilizando a escala Vickers, revelando um aumento nos valores de dureza à medida que o teor de SiC na liga aumentou. A liga sem adição de SiC apresentou uma dureza média de 183HV, a liga com 5% de SiC mostrou uma dureza média de 363,6HV e a liga com 10% de SiC exibiu uma dureza média de 640,9HV.

High-entropy alloys are characterized by containing at least five elements in equiatomic or non-equiatomic compositions. Among the various possible effects of these combinations, high configurational entropy stands out, which directly influences their constituent phases, phase formation kinetics, and consequently, their physical and mechanical properties. Due to their compositional versatility, these alloys have potential applications in Surface Engineering, aerospace, automotive, among other industries. Recent studies have highlighted the possibility of a synergistic combination between a high-entropy phase and ceramic reinforcement. In this sense, the highentropy field of study expands the range of applications, as these new materials allow the combination of classical properties of most metals (high ductility and toughness) with classical properties of ceramic materials (high modulus of mechanical strength and hardness). In this context, this work aimed to synthesize the FeMnCrCoNi alloy with different silicon carbide (SiC) contents (0, 5, and 10%) by the arc melting process. The alloy analysis was performed through optical microscopy, revealing changes in the microstructure as SiC was incorporated. Initially, a dendritic structure was obtained, with the presence of some oxides in the material. In the alloy with 5% SiC addition, a biphasic microstructure was observed, with a clear dendritic region surrounded by a darker region. In the alloy with 10% SiC addition, an evident presence of dispersed carbides throughout the material was identified. The alloy underwent microhardness tests using the Vickers scale, revealing an increase in hardness values as the SiC content in the alloy increased. The alloy without SiC addition showed an average hardness of 183HV, the alloy with 5% SiC showed an average hardness of 363.6HV, and the alloy with 10% SiC exhibited an average hardness of 640.9HV.