Propagação de fendas por fadiga em titânio Ti6Al4V produzido por SLM para solicitações em modo misto I+II

Abstract

Este estudo revela-se particularmente interessante devido à variedade de indústrias que utiliza este tipo da liga de titânio Ti6Al4V, desde a indústria aeroespacial, à biomédica e a outras aplicações de engenharia de alto desempenho. Para que esta liga de titânio seja utilizada de forma segura e consciente, é necessário o conhecimento de todas as suas propriedades e comportamentos nas mais diversas situações de aplicação.Este trabalho teve como principal tema a propagação de fendas por fadiga em provetes de titânio Ti6Al4V produzidos por SLM para solicitações em modo I+II. Para o efeito, usaram-se provetes CTS e diferentes ângulos de carregamento, começando no modo I puro para ângulo de carregamento α=0º e passando pelo modo misto I+II para ângulos α=15º, 30º e 45º. Neste estudo foram realizados ensaios de propagação de fendas por fadiga para R=0, de onde resultaram curvas da/dN-K, a análise do fenómeno do fecho de fenda, a comparação de modelos para o cálculo do fator de intensidade de tensões e o estudo da fratografia. Dos ensaios realizados para o modo I puro e para modo misto I+II foi possível aplicar dois métodos diferentes para o cálculo de ∆K_I e ∆K_II em cada um dos casos estudados (α=0º, α=15º, α=30º, α=45º), obtendo-se uma boa correlação entre ambos os métodos. O método proposto nesta dissertação demostrou ser um método válido e com maior simplicidade quando comparado a outros já existentes. Foi possível também verificar que o fecho de fenda foi diminuindo com o aumento do ângulo de carregamento (α), devido à diminuição da componente do carregamento que provoca o modo I de propagação com o aumento do ângulo α. A análise da superfície de fratura revelou poucas diferenças entre os provetes ensaiados, onde foram encontrados defeitos típicos do processo L-PBF (SLM) tais como: porosidade, partículas por fundir e inclusão por contaminação.

This study proves to be particularly interesting due to the variety of industries that use this type of titanium alloy Ti6Al4V, from the aerospace industry, to biomedical and other high performance engineering applications. For this titanium alloy to be used safely and consciously, it is necessary to know all of its properties and behaviors in the most diverse application conditions.This work had as a main theme fatigue crack propagation in titanium Ti6Al4V produced by SLM for loads in mixed mode I+II and its main purpose was the study of fatigue crack propagation in CTS test pieces for diferente loading angles, starting with pure mode I for loading angle α=0º and passing through the mixed mode I+II for loading angles α=15º, 30º e 45º. In this study, fatigue crack propagation tests were performed for R=0, resulting in da/dN-K curves, the analysis of crack closure phenomenom, the models’ comparison for the calulation of the stress intensity factor and the study of fractography. From the tests performed for pure mode I and mixed mode I+II, it was possible to apply two diferent methods for the calculation of ∆K_I e ∆K_II in each of the studied cases (α=0º, α=15º, α=30º, α=45º), obtaining a good correlation between both methods. The proposed method in this dissertation proved to be a valid and simpler method when compared to existing ones. It was also possible to verify that the crack closure was decreasing with the increase of the loading angle (α), due to the decrease of the loading component that causes mode I of propagation with the increase of the angle α. The analysis of the crack surface revealed few diferences between the test specimens, where typical defects of the L-PBF (SLM) process were found, such as: porosity, unmelted particles and contamination inclusion.