Uma nova visão sobre alta

Scientific Reports volume 6, Artigo número: 23467 (2016) Citar este artigo

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É bem conhecido que a formação semissólida só poderia obter microestrutura de granulação grossa em alguns sistemas de liga com baixo ponto de fusão, como ligas de alumínio e magnésio. Este trabalho apresenta que a conformação semissólida também pode produzir uma nova microestrutura bimodal composta por matriz nanoestruturada e gêmeos microdimensionados (CoFe)Ti2 em uma liga de titânio, Ti62Nb12.2Fe13.6Co6.4Al5.8. A sinterização semissólida induzida pela transformação eutética para formar uma microestrutura bimodal na liga Ti62Nb12.2Fe13.6Co6.4Al5.8 é uma abordagem fundamentalmente diferente de outros métodos conhecidos. A liga fabricada apresenta alto limite de escoamento de 1790 MPa e deformação plástica de 15,5%. A nova ideia fornece uma nova visão sobre a obtenção de nano-grãos ou microestrutura bimodal em sistemas de ligas com alto ponto de fusão por formação semissólida e na fabricação de ligas metálicas de alto desempenho em aplicações estruturais.

Os materiais nanoestruturados geralmente exibem baixa ductilidade à temperatura ambiente e muito limitado ou falta de endurecimento por trabalho devido à capacidade limitada de deslocamento . Uma abordagem viável e prática para aumentar a ductilidade de materiais nanoestruturados é formar microestrutura bimodal com coexistência de grãos em nanoescala e micron2. A formação de tal microestrutura bimodal poderia fornecer materiais nanoestruturados com alta resistência e ductilidade em comparação com materiais nanoestruturados monofásicos ou materiais convencionais de granulação grossa . Em geral, tal microestrutura bimodal pode ser obtida por diversas rotas, como tratamento termomecânico4, consolidação do pó5, método de recristalização6 e solidificação rápida7. Especialmente, muitas ligas de titânio com microestrutura bimodal foram preparadas por solidificação rápida e apresentam alta resistência e grande plasticidade . Por exemplo, a liga Ti60Cu14Ni22Sn4Nb10 tem resistência de 2.400 MPa e deformação plástica de 14,5%7 e Ti63.375Fe34.125Sn2.5 apresenta resistência de 2.650 MPa e plasticidade de 12,5%12. As características metalúrgicas típicas para a obtenção de ligas de titânio com microestrutura bimodal por solidificação rápida são a nucleação preferencial e o crescimento de dendritos β-Ti cúbicos de corpo centrado (bcc) de tamanho micrométrico a partir de fundidos em alta temperatura, seguidos pela rápida solidificação do líquido restante com alta densidade. estrutura empacotada aleatoriamente para obter matriz nanoestruturada7,8,9,10,11,12,13.

Como uma das importantes tecnologias de processamento de materiais, a principal característica da conformação semissólida inclui microestrutura sólida especial não dendrítica e temperatura de conformação moderada localizada entre a temperatura solidus e liquidus . Integrados em multidisciplinares, uma série de métodos de conformação semissólidos, acoplamento com fundição, extrusão, forjamento, laminação e assim por diante, foram desenvolvidos espontaneamente. No entanto, a formação semissólida atual geralmente inclui um processo relativamente complicado para a preparação de pasta de liga semissólida e, infelizmente, só pode produzir microestrutura de granulação grossa em alguns sistemas de liga com baixo ponto de fusão, como ligas de alumínio e ligas de magnésio. Até agora, é impossível formar microestruturas nanocristalinas ou bimodais em sistemas de ligas com alto ponto de fusão, por exemplo, ligas de titânio.

De acordo com os diagramas de fases da liga binária , uma transformação eutética típica ocorrida à temperatura eutética pode ser expressa como α + β ↔ L, onde α e β são dois componentes sólidos e L é um estado líquido. Atualmente, a fase líquida na formação semissólida baseada na transformação eutética apresenta uma estrutura relativamente solta e compactada em ligas de alumínio e ligas de magnésio . Esta é a razão pela qual a atual formação semissólida não consegue obter microestrutura nanocristalina ou bimodal. Como tal, surge uma questão: se uma fase líquida, resultante da reacção eutética preferencial de duas fases sólidas num sistema de liga multifásico com um elevado ponto de fusão, tem uma estrutura altamente densa e compactada aleatoriamente, a composição desta fase líquida tendem a formar uma fase/microestrutura nanoestruturada em processo de solidificação17,18? Sem dúvida, o estado semi-sólido que consiste em tal fase líquida é diferente daqueles da formação semi-sólida acima mencionada. Conforme apoiado pelos extensos estudos (por exemplo, refs 17,18) sobre a formação de nanoestruturas ou ligas vítreas por solidificação rápida, um estado semissólido com estrutura compactada aleatoriamente altamente densa é fácil de ser obtido em sistemas de ligas multicomponentes com alto ponto de fusão. apontar. Tal característica de estado semissólido com estrutura compacta aleatória altamente densa pode ser significativa e poderia ser empregada para a fabricação de materiais de nova estrutura, como com microestrutura nano-granulada ou bimodal, por formação semissólida a partir de sistemas de liga multicomponentes tendo um alto ponto de fusão. Isso poderia romper o gargalo da atual formação semissólida, ou seja, produzir microestrutura de granulação grossa a partir de ligas com baixo ponto de fusão e melhorar sua capacidade de processar ligas com alta temperatura de fusão e também de formar novas microestruturas.