Análise do comportamento em fadiga e das superfícies de fratura da liga Ti-6Al-4V após oxidação isotérmica nas temperaturas de 350, 500 e 650 °C

Abstract

Durante o voo, as aeronaves experimentam alterações de pressão, oscilações e variações térmicas que influenciam diretamente as características dos materiais. Os testes de fadiga reproduzem esses ciclos, assegurando que os materiais sejam capazes de suportar essas condições ao longo de sua vida útil. A liga de titânio Ti-6Al-4V é utilizada nos primeiros estágios de pás e discos de turbinas aeronáuticas que em operação podem alcançar temperaturas de até 350°. Por conta das condições impostas em trabalho e por apresentar baixas propriedades tribológica, tratamento térmicos são realizados, entre eles a oxidação térmica. O objetivo deste trabalho é o estudo da temperatura e tempo no processo de oxidação e sua influência na vida em fadiga de amostras em Ti-6Al-4V, analisando a superfície de fratura e microestrutura das amostras utilizando microscopia eletrônica de varredura e microscopia ótica. Para obtenção da vida em fadiga, as amostras da liga foram submetidas ao ensaio de fadiga axial. Os resultados experimentais mostraram que a oxidação isotérmica nas temperaturas de 350, 500 e 650 °C diminuiu a resistência em fadiga para as amostras de liga Ti-6Al-4V e a análise das superfícies de fratura por MEV evidenciaram que o número de pontos de nucleação aumentou para as amostras oxidadas, especialmente nas temperaturas mais altas de 500 e 650 °C, devido à porosidade e heterogeneidade da camada de óxido, concentração de tensões e possível alteração de microestrutura.

During flight, aircraft experience pressure changes, oscillations, and thermal variations that directly influence the characteristics of materials. Fatigue tests replicate these cycles to ensure that materials can withstand these conditions throughout their service life. The titanium alloy Ti-6Al-4V is used in the early stages of blades and discs in aircraft turbines, which can reach temperatures of up to 350°C during operation. Due to the demanding working conditions and its low tribological properties, thermal treatments such as thermal oxidation are performed. This study aims to investigate the effects of temperature and time on the oxidation process and its influence on the fatigue life of Ti-6Al-4V samples. The fracture surface and microstructure of the samples were analyzed using scanning electron microscopy (SEM) and optical microscopy. To determine fatigue life, the alloy samples were subjected to axial fatigue testing. Experimental results showed that isothermal oxidation at temperatures of 350°C, 500°C, and 650°C reduced the fatigue resistance of the Ti-6Al-4V alloy samples. SEM analysis of the fracture surfaces revealed that the number of nucleation points increased in oxidized samples, particularly at higher temperatures of 500°C and 650°C, due to the porosity and heterogeneity of the oxide layer, stress concentrations, and possible microstructural changes