Modification of microstructure and mechanical properties via chemical composition during welding of high entropy alloys

Abstract

The research of new materials is vital for the technological development of society. High entropy alloys (HEA) are metallic compounds with at least 5 principle elements with concentrations between 5 and 35%. Given their complex and interesting set of mechanical properties, studying and understanding the weldability of HEA is a natural next step if these new materials are to become viable solutions for structural and functional applications. Amongst all the HEA systems studied, the CrMnFeCoNi alloy is the focus of the majority of the published studies. In this work, Gas Metal Arc Welding (GMAW) of CrMnFeCoNi thin plates with the addition of three different filler materials was performed. Regarding the results achieved, it was observed that the CrMnFeCoNi HEA showed no solidification cracks and full penetration in the three welded joints, which reflects the good weldability of the alloy. Microstructure characterization and analysis of the microhardness evolution of the samples were conducted and are depicted in this study. Uniaxial tensile testing highlighted an increase in yield and ultimate strength and a decrease in the ductility of the non-filler welds of the same alloy. This increase was more noticeable for the Monel and the 410 stainless steel filler materials.

A investigação de novos materiais é vital para o desenvolvimento tecnológico da sociedade. As ligas de alta entropia (LAE) são compostos metálicos com pelo menos 5 elementos principais cujas concentrações oscilam entre 5 e os 35%. Dado o seu complexo e interessante conjunto de propriedades mecânicas, estudar e compreender a soldabilidade das LAE é um próximo passo natural para que estes novos materiais se possam vir a tornar soluções viáveis para aplicações estruturais e de engenharia. Entre todos os sistemas LAE estudados, a liga CrMnFeCoNi é o foco da maioria dos estudos publicados. Neste trabalho, foi realizada a soldadura por arco elétrico (MIG) de placas finas de CrMnFeCoNi com a introdução de três materiais de adição diferentes. Relativamente aos resultados alcançados, observou-se que a liga CrMnFeCoNi não evidenciou fissuras de solidificação e apresentou penetração total nas três juntas soldadas, o que reflete a sua boa soldabilidade. A caracterização da microestrutura e a análise da evolução da microdureza das amostras foram realizadas e estão retratadas neste estudo. Os ensaios de tração uniaxial evidenciaram um aumento da resistência mecânica e uma diminuição da ductilidade das juntas soldadas, quando comparadas com juntas sem material de adição da mesma liga. Este aumento foi mais notório para o Monel e para o aço inoxidável 410.