Determinación de las constantes elásticas mediante técnicas no destructivas en una aleación TI-6AL-4V envejecida térmicamente

Abstract

The Ti-6Al-4V alloy is composed of two phases (α/β) and is characterized by a good mechanical strength-to-weight ratio and high corrosion resistance which allow it to be used in different industrial and biomedical applications. Its properties are optimized through heat treatments to modify the microstructure. The determination of residual stresses is complicated when traditional non-destructive methods are used. The acustoelastic response of materials can be established from flight time measurements of ultrasonic signals. The objective is to evaluate the behavior of a thermally aged Ti-6Al-4V alloy, using ultrasonic signals, in addition to microstructural and mechanical characterization. The results of this research could be used to monitor on the laboratory scale the absolute effort and could have the potential for practical uses in field applications. The effect of different heat treatments on the elastic constants of the Ti-6Al-4V alloy determined through measurements of acustoslasticity through the use of longitudinal and shear waves was evaluated, mechanical stress tests were performed, Vickers microhardness, PTE measurements, and application of MEB, MO and DRX techniques for mechanical and microstructural characterization. The equiaxial microstructure is composed of α phase as a matrix with β phase colonies and precipitates α2 dispersed inside α grains, β volumetric fraction and α grain size are in function of the aging time, at 220 hours of aging, the maximum values of microhardness, ultimate tensile, and yield strength of 371.25 HV, 1024 MPa and 990 MPa were obtained, respectively.

La aleación Ti-6Al-4V está compuesta de dos fases (α/β) y se caracteriza por tener una buena relación resistencia mecánica a peso y su alta resistencia a la corrosión las cuales le permiten ser usadas en diferentes aplicaciones industriales y biomédicas. Sus propiedades son optimizadas a través de tratamientos térmicos para modificar la microestructura. La determinación de esfuerzos residuales es complicada cuando se usan métodos no destructivos tradicionales. La respuesta acustoelástica de los materiales se puede establecer a partir de mediciones del tiempo de vuelo de señales ultrasónicas. El objetivo es evaluar el comportamiento de una aleación de Ti-6Al-4V envejecida térmicamente, mediante el uso señales ultrasónicas, además de la caracterización microestructural y mecánica. Los resultados de esta investigación pudieran ser usados para monitorear en la escala de laboratorio el esfuerzo absoluto y pudiera tener el potencial de usos prácticos en aplicaciones campo. Se evaluó el efecto de diferentes tratamientos térmicos en las constantes elásticas de la aleación Ti-6Al-4V determinadas a través de mediciones de acustoelásticidad mediante el uso de ondas longitudinales y de corte, se realizar ensayos mecánicos de tensión, microdureza Vickers además la medición de PTE y la aplicación de técnicas de MEB, MO y DRX para la caracterización mecánica y microestructural. La microestructura equiaxial está compuesta por fase α como matriz con colonias de fase β y precipitados α2 dispersos en el interior de los granos α, la fracción volumétrica β y tamaño de grano α están en función del tiempo de envejecido, a 220 horas de envejecido se obtuvieron los valores máximos de microdureza, esfuerzo ultimo y cedencia de 371.25 HV, 1024 MPa y 990 MPa, respectivamente.