Estudo comparativo do comportamento à fadiga oligocíclica das ligas de alumínio 7050 e 7075

Abstract

As ligas de alumínio da série 7000 são usadas num vasto número de aplicações, devido, principalmente, ao facto de combinarem elevada resistência específica, e boa resistência à corrosão. Estas ligas são particularmente atrativas para a conceção de componentes aeronáuticos, o que se deve às suas excelentes propriedades mecânicas, elevada resistência à corrosão, e boa tenacidade à fratura. Os componentes aeronáuticos são, muitas vezes, sujeitos a ciclos de carga complexos, variáveis ao longo do tempo, que podem causar a acumulação de deformação plástica. Nesse sentido, é fundamental ter um conhecimento sólido do comportamento elasto-plástico cíclico a fim de desenvolver modelos de previsão de vida à fadiga fiáveis. O objetivo deste trabalho é fazer uma análise comparativa do comportamento elasto-plástico cíclico no regime de fadiga oligocíclica das ligas de alumínio 7050-T6 e 7075-T651. Numa primeira fase, foram efetuados ensaios em controlo de deformação, com amplitudes de deformação a variar entre 0.5% e 1.75%. Numa segunda fase, foi estudada a resposta tensão-deformação, bem como as relações tensão-vida, deformação-vida e energia-vida de cada liga. Por fim, as superfícies de fratura foram analisadas por microscopia eletrónica de varrimento, a fim de se identificar os principais mecanismos de fratura. Os resultados mostram que a liga 7050-T6 apresenta um comportamento de amaciamento independentemente da amplitude de deformação, ao contrário da liga 7075-T651 que apresenta um comportamento misto, ou seja, amacia para amplitudes de deformação inferiores a 1,1% e encrua para amplitudes de deformação superiores a este valor. Foi estabelecida uma relação linear entre o grau de deformação cíclica (CS2) e a amplitude de deformação para amplitudes superiores a 1,0% para a liga 7050-T6 e, superiores a 0,80% para a liga 7075-T651. Além disso, as micrografias das superfícies de fratura das duas ligas revelaram a presença maioritária de degraus de clivagem para baixas amplitudes de deformação e o aparecimento de microcavidades com o aumento da amplitude de deformação.

The 7000-series aluminum alloys are used in a wide range of applications, mainly because they combine high specific strength and good corrosion resistance. These alloys are particularly attractive for the design of aeronautical components due to their excellent mechanical properties, high corrosion resistance and good fracture toughness. Aeronautical components are often subject to complex load cycles, variable over time, which can cause the accumulation of plastic deformation. In this sense, it is essential to have a solid knowledge of the cyclic elastic-plastic behavior in order to develop reliable fatigue life prediction models. The aim of this work is to comparatively analyze the cyclic elastic-plastic behavior in the low cycle fatigue regime of the 7050-T6 and 7075-T651 aluminum alloys. In a first stage, tests were performed under strain-controlled conditions, with strain amplitudes in the range 0,5-1,75%. In a second stage, the stress-strain, as well as the stress-life, strain-life and energy-life relationships were studied for each alloy. Finally, the fracture surfaces were carefully examined by scanning electron microscopy in order to identify the main damage mechanisms. The results show that the 7050-T6 aluminium alloy presents a softening behaviour regardless of the strain amplitude, on the other hand, the 7075-T651 aluminium alloy shows a mixed behaviour, i.e. it softens for strain amplitudes below 1.1% and hardens for strain amplitudes above 1.1%. A linear relationship has been established between the degree of cyclic strain-hardening (CS2) and the strain amplitude for amplitudes above 1.0% for the 7050-T6 aluminium alloy and above 0.80% for the 7075-T651 aluminium alloy. Moreover, the micrographs of the fracture surfaces of the two alloys have revealed the majority of cleavage steps for low strain amplitudes and the appearance of microcavities with the increase of the strain amplitude.