Investigação experimental da seção isotérmica a 1200°C do sistema ternário Al-V-Zr

• Main Author: Denis Felipe de Barros
• Other Authors: Gilberto Carvalho Coelho
• Language: Portuguese
• Published: Universidade de São Paulo 2018
• Subjects: Diagrama de fase; Ligas de Alta Entropia; Sistema Al-V-Zr; High Entropy Alloys; Phase of Diagram; System Al-V-Zr
• Online Access: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/97/97134/tde-04122018-141631/

O desenvolvimento de novos materiais com baixa densidade e propriedades mecânicas estáveis em altas temperaturas é necessário para reduzir o consumo de combustível e consequentemente a emissão de gases no setor aeroespacial. Uma nova classe de materiais chamada HEAs (Ligas de Alta Entropia), que combinam elementos refratários e alumínio podem ser candidatas para superar esse desafio. Ligas de Alta Entropia contendo Al-Zr-Nb-Ti-V estão sendo estudadas em nosso grupo de pesquisa. Os diagramas de fases são uma ferramenta necessária para o desenvolvimento e otimização dessas ligas. O objetivo do presente trabalho é a investigação experimental do sistema ternário Al-V-Zr a 1200°C. Ligas do sistema foram fundidas em um forno a arco com cadinho de cobre refrigerado a água e eletrodo não consumível de tungstênio sob atmosfera de argônio. Pedaços das amostras foram embrulhados em folhas de Zr e tratadas a 1200°C por 10 dias usando tubos de sílica em vácuo primário para alcançar o equilíbrio termodinâmico. Para a observação das microestruturas, as amostras foram preparadas pelo método metalográfico padrão. A composição e microestrutura das amostras foram analisadas por microscopia eletrônica de varredura (MEV) e espectroscopia por energia dispersiva (EDS). A caracterização microestrutural das amostras foi complementada por difratometria de raios X (DRX) utilizando pó e radiação de Cu-K?. No trabalho publicado por Guzei (1993) foi proposto a existência de duas fases ternárias com estequiometria Zr0,9V0,4Al2,7 e Zr13V2Al5. Entretanto neste trabalho, apenas a fase ternária Zr0,9V0,4Al2,7 foi observada. Em contrapartida, observou-se a estabilidade uma outra fase ternária com estequiometria aproximada (Zr,Al)2V e protótipo Ti2Ni. Uma nova seção isotérmica a 1200°C foi proposta baseada no equilíbrio termodinâmico determinado pelas medições das composições das fases. === The development of new materials with low density and stable mechanical properties at high temperature is necessary to reduce fuel consumption and consequently the emission of gases. A new class of material called HEA combining refractory elements and aluminum can be good candidate to overcome this challenge. High entropy alloys in the Al-Zr-Nb-Ti-V system are being investigated in our research group. The phase diagram data are a necessary tool for the design and optimization of the alloys. The objective of these study is an experimental research of the Al-V-Zr ternary system at 1200°C. Several alloys were melted in an arc furnace using non-consumable tungsten electrode in a water cooled copper crucible, under an inert atmosphere of argonium. Parts of the samples were treated at 1200 °C for 10 days using silica tubes sealed under primary vacuum in order to achieve the thermodynamic equilibrium. For the observation of microstructures, the specimens were prepared following conventional metallographic methods. The compositions and microstructures of the alloys were investigated by scanning electron microscopy (SEM) and electronic microanalysis (EDS). The microstructural characterization was complemented by X-ray diffractrometry (XRD) on powder using Cu-k? radiation. In the work published by Guzei (1993) the existence of two ternary phases with the stoichiometry Zr0,9V0,4Al2,7 and Zr13V2Al5 is indicated. However, in this work only the ternary phase Zr0,9V0,4Al2,7 was observed. In addition, another ternary phase with approximate stoichiometry (Zr,Al)2V and prototype Ti2Ni was observed. A new isothermal section at 1200°C is proposed based on the thermodynamic equilibria determined to measured compositions of the phases.