Análisis de la resistencia en fatiga ultrasónica de la aleación de titanio, nominación Ti-6Al-4V utilizada en turbomaquinaria

Abstract

Titanium alloy (Ti6Al4V) Titanium alloy Ti6Al4V is widely used on industrial applications such as: turbo-machinery, medicine, power generation, aerospace,…etc., where its high strength combined with its low weight ratio and outstanding corrosion resistance makes this metallic alloy largely suitable. These industrial applications frequently imply a combination of mechanical loading and corrosion attack, whose physical and mechanical effects are not completely understood. In order to assess the effect of controlled corrosion attack on this titanium alloy, ultrasonic fatigue testing was carried out under load regimen R=-1 on corroded and non-corroded specimens. Corroded specimens were immersed in a solution of hydrochloric acid with pH = 1.4 and pH = 2.4, during determinate minutes of pre-corrosion immersion, representing the atmospheric corrosion influence for a long period of time. Corrosion attack induces pitting holes on the specimen surface and increases the stress concentration factors; these detrimental effects leading to decrease on fatigue endurance. Results show that fatigue strength decreases considerably with time of pre-corrosion and with the pH acidity. Finally, fatigue endurance results together with crack initiation and propagation on the specimen fracture surface are analyzed by SEM (Scanning Electron Microscopy) in order to establish conclusions in this master work.

La aleación de Titanio (Ti6Al4V) es ampliamente utilizada en aplicaciones industriales tales como: turbo-maquinaria, medicina, generación de energía, la industria aeroespacial, etc. , donde su relación de alta resistencia y bajo peso combinada con su resistencia a la corrosión hacen de esta aleación de titanio una de las más utilizadas en las industrias modernas. Estas aplicaciones industriales frecuentemente implican una combinación de carga mecánica y ataque corrosivo, cuyos efectos físicos y mecánicos no son completamente comprendidos en el estado del arte actual. Con el fin de evaluar el efecto del ataque de pre-corrosión controlada en esta aleación de titanio, se llevaron a cabo pruebas de fatiga ultrasónica bajo el régimen de carga R=-1, en muestras pre-corroídas y no corroídas. Especímenes pre-corroídos logran sumergiéndolos en una solución de ácido clorhídrico con dos valores de pH (1.4, 2.4), durante determinados minutos de inmersión; representando un equivalente de la corrosión atmosférica durante un largo período de tiempo. El ataque de la pre-corrosión provoca picaduras en la superficie de la muestra y aumenta la concentración de esfuerzos; estos efectos son perjudiciales y conducen a disminuir la resistencia a la fatiga. Los resultados muestran que la resistencia a la fatiga ultrasónica disminuye considerablemente con el tiempo de pre-corrosión y con la acidez de pH. Finalmente, los resultados de resistencia de la fatiga junto con la iniciación y propagación de grietas en la superficie de fractura de las muestras son analizados mediante microscopía óptica y electrónica de barrido, para establecer las conclusiones de esta tesis de Maestría