Avaliação do comportamento microestrutural e em fadiga da liga Ti-35Nb-7Zr-5Ta sinterizada e termicamente tratada

Abstract

O objetivo deste trabalho foi a comparação dos efeitos dos tratamentos térmicos de solubilização e envelhecimento, bem como da tensão normal média devida à flexão, na microestrutura e na resistência à fadiga da liga Ti-35Nb-7Zr-5Ta, obtida somente por metalurgia do pó a partir da utilização de pós elementares no estado hidrogenado. Os pós elementares hidrogenados foram misturados em moinho planetário, prensados uniaxial e isostaticamente a frio e sinterizados a 1500 ºC em forno a 10-7 torr. Foram elaborados 35 corpos de prova. Destes, 23 foram submetidos aos ensaios de fadiga por flexão em quatro pontos após o processo de sinterização, os outros 12 foram ensaiados depois de solubilizados (1100 o C por 3h a 10-7 torr) e envelhecidas (400 o C por 72h a 10-4 mbar). Para caracterização do material, foram utilizadas técnicas de microscopia ótica e Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), análise via EDS, Microscopia Eletrônica de Transmissão (MET), determinação do teor de Oxigênio, da densidade e das propriedades mecânicas (microdureza Vickers, fadiga por flexão em quatro pontos). Foram utilizados os modelos de Goodman, Gerber, SWT, Soderberg, Morrow, Kwofie e Walker para a análise da influência da tensão normal média na resistência à fadiga. Analisaram-se também a densificação e a microestrutura da liga. Os resultados dos ensaios de flexão pulsante em quatro pontos foram Se (106 ) ≈ 88 MPa. A análise da microestrutura indicou que as amostras apresentaram tendência de formação de precipitados da fase alfa (α). Verificou-se que as tensões médias não influenciaram significativamente o valor da resistência à fadiga. O tratamento de envelhecimento realizado não influenciou a resistência à fadiga, mas o modo da fratura. Dentre os modelos aplicados, Kwofie foi o único capaz de capturar o efeito da influência das tensões médias na resistência à fadiga nos espécimes ensaiados. ________________________________________________________________________________ ABSTRACT

The main objective of this study was to compare the effects of aging and solubilization heat treatment as well as of the average normal stress due to bending on microstructure and fatigue resistance of Ti-35Nb-7Zr-5Ta alloy, obtained only by metallurgy powder from the elemental powders in the hydride state. The elemental powders were mixed in a planetary mill, pressed by uniaxial and cold isostatical pressing and then sintered for 3 hours at 1500 °C in vacuum (10-7 Torr). 35 specimens were manufactured. 23 of them were tested under four point bending fatigue conditions after the sintered process. The others 12 specimens were solubilized (at 1100 o C for 3h at 10-7 torr) and aged (at 400 o C for 72h at 10-4 mbar) and then the same tests were conducted. The material characterization was conducted by the following techniques: optical microscopy, scanning electron microscopy, EDS analysis, transmission electron microscopy, density and oxygen analysis. The mechanical tests applied were microhardness (Vickers) and bending fatigue at four points. It was applied several models (Goodman, Gerber, SWT, Soderberg, Morrow, Kwofie and Walker) to analyze the influence of mean stress on fatigue strength. The densification and the alloy microstructure were also analyzed. The bending fatigue resistance limit found during the fatigue tests for the studied material was Se (106 ) ≈ 88 MPa. The microstructural study showed a formation trend of α phase precipitates. Verificou-se que as tensões médias não influenciaram significativamente o valor da resistência à fadiga. It was observed that mean stress did not affect significantly the average value of the fatigue strength. The aging treatment produced no improvement on the fatigue strength, however, it influenced the fracture mode. Among the models studied, Kwofie’s was the one that best explained the influence of mean stress on fatigue strength of this alloy.