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Publicação
Dissimilar welding of as-cast AlCoCrFeNi2.1 Eutectic high entropy alloy with 316 stainless steel and Inconel 718
| Nome: | Descrição: | Tamanho: | Formato: | |
|---|---|---|---|---|
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Autores
Orientador(es)
Resumo(s)
During the last few years, high entropy alloys (HEA) have received increasing attention owing to
their remarkable characteristics and mechanical properties, emerging as novel engineering alloys for
multiple functional and structural applications. Recently, gas tungsten arc welding (GTAW) was suc-
cessfully attempted for the first time on an AlCoCrFeNi2.1 eutectic high entropy alloy (EHEA). How-
ever, dissimilar welding of EHEAs is still scarce. During the non-equilibrium fusion dissimilar welding,
mixing of the liquid phases of two materials with distinct thermophysical properties can promote the
generation of undesirable and detrimental phases. To bridge this gap, and pave the way for potential
structural applications, GTAW technique was employed to weld the AlCoCrFeNi2.1 EHEA with 316
stainless steel and Inconel 718, aiming to obtain defect-free welded joints. The effects of the GTAW
technique on the microstructure and mechanical behavior were investigated and correlated by coupling
optical microscopy, microhardness mapping, tensile tests and fracture surface analysis. Both joints dis-
played a heterogeneous microstructure in the fusion zone (FZ), varying from equiaxial to coarse elon-
gated dendritic structures. The coarse grain morphology translated into lower hardness results across the
FZ of the AlCoCrFeNi2.1 EHEA/316 stainless steel joint. Conversely, in the AlCoCrFeNi2.1 EHEA/In-
conel 718 joint, a remarkable finding was the substantial increase in hardness along the molten pool,
allowing to unveil a possible solid solution strengthening mechanism induced by the precipitates upon
fusion of the Inconel 718. This mechanism justifies the increment in the ultimate tensile strength, com-
pared to the AlCoCrFeNi2.1 EHEA/316 stainless steel joint, while preserving most of the fracture strain
(653 vs 432 MPa and 9.2 vs 9.7 %, respectively). Overall, both dissimilar joints showcased a promising
strength and ductility synergy, establishing the potential of GTAW for the dissimilar welding of EHEAs
to traditional metals, targeting structural applications.
Nos últimos anos, as ligas de alta entropia (HEA) têm suscitado um interesse crescente, dadas as suas características e propriedades mecânicas eminentes, surgindo como ligas de engenharia pioneiras para a implementação em diversas aplicações funcionais e estruturais. Recentemente, a soldadura com elé- trodo não consumível de tungsténio sob proteção gasosa inerte (GTAW) foi com realizada com sucesso, pela primeira vez, numa liga eutéctica de alta entropia (EHEA) AlCoCrFeNi2.1. No entanto, a soldadura dissimilar de EHEAs não têm constituído um alvo de investigação intensiva. Durante os processos de soldadura dissimilar por fusão, em condições de não equilíbrio, poderá verificar-se a ocorrência de fases indesejáveis e prejudiciais para a integridade estrutural da junta. De modo a colmatar esta lacuna, e promover a sua implementação em aplicações estruturais, o processo GTAW foi utilizado para soldar a EHEA AlCoCrFeNi2.1 ao aço inoxidável 316 e ao Inconel 718, com o intuito de obter cordões de solda- dura isentos de defeitos. Os efeitos da técnica GTAW na microestrutura e propriedades mecânicas da junta foram avaliados e correlacionados recorrendo a técnicas de microscopia ótica, avaliação de micro- durezas, ensaios de tração, e análise das superfícies de fratura. Ambas as amostras evidenciaram uma microestrutura heterogénea na zona de fusão (FZ), caracterizada por estruturas dendríticas equiaxiais e alongadas grosseiras. A morfologia de grãos grosseiros contribuiu para o decréscimo dos valores de dureza ao longo da ZF da junta AlCoCrFeNi2.1 EHEA/aço inoxidável 316. Em oposição, na junta Al- CoCrFeNi2.1 EHEA/Inconel 718, constatou-se o aumento considerável das durezas ao longo da FZ, su- gerindo a ocorrência do mecanismo de endurecimento por solução sólida, incitada pelos precipitados provenientes da fusão do Inconel 718. Este mecanismo justifica o incremento da tensão de rutura, com- parativamente à junta AlCoCrFeNi2.1 EHEA /aço inoxidável 316, preservando simultaneamente a ex- tensão à fratura (653 vs 432 MPa e 9.2 vs 9.7 %, respetivamente). De um modo geral, ambas as juntas dissimilares exibiram um balanço promissor entre tensão de rutura e ductilidade, salientando o potencial do processo GTAW para a soldadura dissimilar de EHEAs a metais tradicionais, visando aplicações estruturais.
Nos últimos anos, as ligas de alta entropia (HEA) têm suscitado um interesse crescente, dadas as suas características e propriedades mecânicas eminentes, surgindo como ligas de engenharia pioneiras para a implementação em diversas aplicações funcionais e estruturais. Recentemente, a soldadura com elé- trodo não consumível de tungsténio sob proteção gasosa inerte (GTAW) foi com realizada com sucesso, pela primeira vez, numa liga eutéctica de alta entropia (EHEA) AlCoCrFeNi2.1. No entanto, a soldadura dissimilar de EHEAs não têm constituído um alvo de investigação intensiva. Durante os processos de soldadura dissimilar por fusão, em condições de não equilíbrio, poderá verificar-se a ocorrência de fases indesejáveis e prejudiciais para a integridade estrutural da junta. De modo a colmatar esta lacuna, e promover a sua implementação em aplicações estruturais, o processo GTAW foi utilizado para soldar a EHEA AlCoCrFeNi2.1 ao aço inoxidável 316 e ao Inconel 718, com o intuito de obter cordões de solda- dura isentos de defeitos. Os efeitos da técnica GTAW na microestrutura e propriedades mecânicas da junta foram avaliados e correlacionados recorrendo a técnicas de microscopia ótica, avaliação de micro- durezas, ensaios de tração, e análise das superfícies de fratura. Ambas as amostras evidenciaram uma microestrutura heterogénea na zona de fusão (FZ), caracterizada por estruturas dendríticas equiaxiais e alongadas grosseiras. A morfologia de grãos grosseiros contribuiu para o decréscimo dos valores de dureza ao longo da ZF da junta AlCoCrFeNi2.1 EHEA/aço inoxidável 316. Em oposição, na junta Al- CoCrFeNi2.1 EHEA/Inconel 718, constatou-se o aumento considerável das durezas ao longo da FZ, su- gerindo a ocorrência do mecanismo de endurecimento por solução sólida, incitada pelos precipitados provenientes da fusão do Inconel 718. Este mecanismo justifica o incremento da tensão de rutura, com- parativamente à junta AlCoCrFeNi2.1 EHEA /aço inoxidável 316, preservando simultaneamente a ex- tensão à fratura (653 vs 432 MPa e 9.2 vs 9.7 %, respetivamente). De um modo geral, ambas as juntas dissimilares exibiram um balanço promissor entre tensão de rutura e ductilidade, salientando o potencial do processo GTAW para a soldadura dissimilar de EHEAs a metais tradicionais, visando aplicações estruturais.
Descrição
Palavras-chave
AlCoCrFeNi2.1 Stainless Steels Inconel 718 High Entropy Alloys Gas Tungsten Arc Welding Microstructure