Análise da propagação de fendas por fadiga em provetes de titânio obtidos por Fusão Seletiva por Laser

Abstract

O avanço tecnológico registado no setor metalúrgico nos últimos anos reflete a constante aposta e desenvolvimento de competências permitindo que, na atualidade, se execute qualquer componente independentemente da sua geometria ou complexidade de aplicação. Neste sentido, a Manufatura por Adição é uma tecnologia no qual é permitida a elaboração de componentes independentemente da sua geometria devido à utilização de modelos em CAD. Esta tecnologia está a ser cada vez mais utilizada nas principais indústrias, nomeadamente, a automóvel, aerospacial e biomédica. A elaboração do presente documento tem por objetivo o estudo do comportamento à fadiga de elementos fabricados na liga de titânio Ti6Al4V, obtidos por Fusão Seletiva por Laser. Para este estudo foram utilizados provetes C(T), de acordo com com a norma ASTM E647-00. A abordagem do comportamento à fadiga do elemento prende-se com a obtenção das curvas de propagação, determinação das constantes da lei de Paris, determinação do limiar de fadiga, avaliação do fenómeno de fecho de fenda e efeito da aplicação de sobrecarga para razões de tensão de R=0 e R=0,4. Em suma, o estudo efetuado no presente documento permite concluir que a razão de tensão não afeta significativamente a velocidade de propagação da fenda à fadiga. Para R=0,4 verifica-se a inexistência do fenómeno de fecho de fenda para o regime II de propagação e um baixo valor para o limiar de fadiga, ao contrário do que se verifica para R=0. Nesta razão de tensão o fecho de fenda junto ao limiar de fadiga é induzido por rugosidade e para o regime II de propagação por plasticidade. A utilização do método ótico revelou-se prática para a determinação do campo de deslocamentos no regime II de propagação, enquanto que o método mecânico se ajusta melhor ao limiar de fadiga. O efeito da sobrecarga não provoca um efeito muito significativo, dada a rápida recuperação da velocidade de propagação da fenda. Todavia, o efeito transitório após a aplicação da sobrecarga acentua-se para elevados níveis de ΔK, ou seja, quando a abertura da fenda se encontra mais pronunciada. A propagação da fenda não ocorre entre camadas de deposição de material.

The technological advance registered in the metallurgical sector in the last years reflects the constant bet and development of competences allowing, at present, if any component is executed regardless of its geometry or application complexity. In this sense, Manufacturing by Addition is a technology in which it is allowed to elaborate components regardless of their geometry due to the use of CAD models. This technology is increasingly being used in major industries, namely the automotive, aerospace and biomedical industries.The purpose of this paper is to study the fatigue behavior of elements made of Ti6Al4V titanium alloy obtained by Laser Selective Fusion. For this study, C (T) specimens were used according to ASTM E647-00. The fatigue behavior of the element is related to obtaining the propagation curves, determining the constants of the Paris law, determination of the fatigue threshold, evaluation of the phenomenon of a screwdriver and the effect of the application of overload for stress of R = O and R = 0.4.In conclusion, the study carried out in this paper shows that the stress ratio does not significantly affect the fatigue crack propagation speed. For R = 0.4, the absence of the screwdriver phenomenon for the propagation regime II and a low value for the fatigue threshold is verified, in contrast to R = 0. In this stress ratio, the screw close to the fatigue threshold is induced by roughness and the plasticity propagation regime II. The use of the optical method proved to be practical for the determination of the displacement field in the propagation regime II, whereas the mechanical method best fits the fatigue threshold.The effect of overloading does not have a very significant effect, given the rapid recovery of crack propagation velocity. However, the transient effect after the application of the overload is accentuated to high levels of ΔK, that is, when the crack opening is more pronounced. Slit propagation does not occur between layers of material deposition.