Deformação dinâmica, dano e comportamento de falha de ligas de alta-entropia da série HfZrTiTaAl

Aug 08, 2025 Deixe um recado

WechatIMG13

Ligas de alta-entropia são um novo tipo de material de liga composto de quatro ou mais elementos principais em proporções equimolares ou quase equimolares [1-2]. Devido à sua estrutura única e características de alta{6}}entropia, eles exibem propriedades mecânicas superiores em comparação com materiais de liga tradicionais [3-7]. O conceito de ligas de alta-entropia foi proposto pela primeira vez pelo professor Jien-Wei Yeh, de Taiwan, em 2004 [8]. Com base no conceito de projeto de ligas de alta-entropia, Senkov et al. [9] prepararam ligas refratárias de alta-entropia com elementos metálicos refratários como componentes principais. Essas ligas permanecem estáveis ​​em altas temperaturas e possuem alta resistência e densidade, atraindo ampla atenção [10-11]. Gong Lei et al. [12] estudaram as propriedades mecânicas da liga refratária quaternária de alta-entropia CrMoNbV e descobriram que sua resistência ao escoamento sob condições quase{37}}estáticas era de 1.410 MPa, com deformação plástica relativamente pequena e uma morfologia típica de fratura por clivagem na superfície da fratura. Zhang et al. [13] investigaram o efeito do teor de Ti nas propriedades mecânicas de ligas de alta-entropia CoCrMoNbTi. Dentre eles, o CoCrMoNbTi0.2 teve o melhor desempenho abrangente, com resistência à compressão e deformação à fratura de 1.906 MPa e 5,07%, respectivamente. Regenberg et al. [14] estudaram ligas de alta-entropia MoNbVWTi, que apresentam alto limite de escoamento sob condições quase{42}}estáticas, e seu limite de escoamento é afetado principalmente pelo teor de Mo e Nb, mas apresentam baixa ductilidade. Pode-se observar que, embora as ligas refratárias de alta-entropia mencionadas acima tenham alta resistência, sua plasticidade sob condições quase{53}}estáticas é baixa, o que limita sua faixa de aplicação. Ao adicionar elementos do grupo IVB (Hf, Zr, Ti), espera-se melhorar a plasticidade de ligas de alta-entropia. Por exemplo, HfZrTiTa [15], HfNbTaTiZr [16], HfNbTiZr [17] e HfNbTiVZr [18]. Essas ligas de alta-entropia podem ser aplicadas em ambientes de carregamento dinâmico, e seus comportamentos mecânicos dinâmicos têm atraído atenção. Dirras et al. [19] estudaram o comportamento mecânico de ligas equimolares de alta-entropia TiHfZrTaNb sob diferentes taxas de deformação. A resistência ao escoamento em uma taxa de deformação de carga de 3,4×103 s-1 foi 40% maior do que sob condições de carga quase-estáticas. Além disso, à medida que a taxa de deformação aumentava, a dispersão das bandas de cisalhamento adiabáticas no interior dos corpos de prova diminuía gradativamente, ou seja, a densidade das bandas de cisalhamento diminuía gradativamente e a espessura aumentava gradativamente. Zhang et al. [20] projetaram e prepararam ligas de alta-entropia HfZrTiTa. A resistência ao escoamento e a deformação de fratura da liga de alta-entropia HfZrTiTa0,5 sob condições de carga quase{90}estática foram de 774 MPa e 13,5%, respectivamente. Sua resistência ao escoamento mostrou um efeito significativo de fortalecimento da taxa de deformação. Ao mesmo tempo, foram discutidas a instabilidade termoplástica e a sensibilidade ao cisalhamento adiabático da liga sob carregamento dinâmico. Canção et al. [21] mediram o limite de escoamento da liga de alta-entropia HfNbZrTi sob condições quase-estáticas em 780 MPa. Quando a taxa de deformação de carregamento foi de 3,0×103 s-1, sua resistência ao escoamento aumentou para 1.380 MPa. Através de uma combinação de experimentos e simulações numéricas, constatou-se que o amolecimento do dano foi o principal fator na formação de bandas de cisalhamento adiabático nesta liga. Considerando que o Al tem boa plasticidade e devido ao efeito coquetel entre os elementos em ligas de alta-entropia, espera-se que a adição de Al melhore ainda mais a capacidade de deformação plástica do material [22]. Neste artigo, uma nova liga de alta entropia HfZrTiTaAl foi projetada e fabricada. A microestrutura da liga foi caracterizada por difração de raios X (DRX), microscopia eletrônica de varredura (MEV), difração de retroespalhamento de elétrons (EBSD) e microscopia eletrônica de transmissão (TEM). As propriedades mecânicas dinâmicas da liga de alta entropia HfZrTiTaAl foram sistematicamente analisadas usando um dispositivo de barra de pressão Hopkinson dividida (SHPB). Além disso, os parâmetros do modelo constitutivo Johnson-Cook (JC) e os parâmetros do modelo de dano material foram obtidos através de simulação numérica, e os comportamentos de deformação, dano e falha do material sob condições de carregamento dinâmico foram analisados.