Análise do efeito do tratamento térmico na resistência à fadiga de provetes de titânio produzidos por fabricação aditiva

Abstract

O estudo do comportamento mecânico à fadiga de componentes produzidos na liga de titânio Ti6Al4V, obtidos por Fusão Seletiva por Laser, tem vindo a ganhar um elevado interesse devido ao franco desenvolvimento dos diferentes processos de Manufatura por Adição. Torna-se então indispensável encontrar as propriedades mecânicas que permitam garantir a aplicação, de forma segura e eficiente, destes componentes na indústria em geral, assim como, o estudo do efeito nas propriedades mecânicas, provocado pela aplicação de técnicas como o tratamento térmico de Alívio de Tensões Residuais ou o tratamento termomecânico de Prensagem Isostática a Quente, em elementos manufaturados por este tipo de processo de fabrico. Nesta dissertação foram realizados ensaios de fadiga para uma razão de tensões de R=-1 em controlo de deformação ou controlo de carga. Assim como ensaios complementares metalográficos, de dureza, de tração e fractográficos. Todos os ensaios foram realizados com o intuito de entender a diferença da aplicação de dois tratamentos diferentes, o tratamento de Alívio de tensões e o tratamento de Prensagem Isostática a Quente. Dos ensaios realizados é possível perceber a existência de uma diferença microestrutural na aplicação dos diferentes tratamentos aplicados. Isto conduz a uma perda de dureza e consequente perda das propriedades mecânicas à tração quando se compara o tratamento de Prensagem Isostática a Quente com o tratamento Alívio de Tensões. Ambos os tratamentos, em termos comparativos, apresentaram um comportamento à fadiga semelhante, tendo sido encontrado um comportamento bilinear na componente elástica de deformação, devido à passagem do regime elástico para o regime elasto-plástico. A iniciação de fenda ocorreu na superfície dos componentes havendo multi-nucleação de fendas nos componentes ensaiados em regimes de deformação elevados. Por outro lado, para regimes de deformação reduzidos, não se verificou esse fenómeno.

The study of the mechanical fatigue behavior of Ti6Al4V titanium alloy components, obtained by Selective Laser Melting, has been of great interest due to the development of the different Addition Manufacturing processes. It is, therefore, indispensable to find the mechanical properties to ensure the safe and efficient application of these components in the general industry, as well as the study of the effect on mechanical properties, caused by the application of techniques such as thermal Stress Relief Treatment. or thermomechanical treatment of Hot Isostatic Pressing in elements produced by this type of manufacturing process. In this dissertation, fatigue tests were performed for a stress ratio of R = -1 in strain control or load control. As well as complementary metallographic, hardness, tensile and fractographic tests. All tests were performed in order to understand the difference in the application of two different treatments: the Stress Relief Treatment and the Hot Isostatic Pressing treatment. From the tests performed it is possible to notice the existence of a microstructural difference in the application of the different applied treatments. This leads to a loss of hardness and consequent loss of tensile mechanical properties when comparing Hot Isostatic Pressing treatment with Stress Relief treatment. Comparatively, both treatments presented similar fatigue behavior and bilinear behavior was found in the elastic strain component due to the transition from the elastic to the elasto-plastic regime. Crack initiation occurred on the surface of the components with multi-nucleation of cracks in the components tested under high strain regimes. On the other hand, for low strain regimes, this phenomenon did not occur.