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Previous issue date: 2016-10-14 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / The microstructure of metastable beta Ti alloys is a decisive factor that
governs their properties and, therefore, the assessment of the relation between
the microstructure and the fatigue response means an advance in the still
incipient knowledge on these alloys. The purpose of this work was to study the
fatigue behavior of Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr (Ti-5553) alloy recently developed for
landing gear applications, which was kindly supplied by Boeing for this work.
The material was subjected to different heat treatments (BASCA and double
aging) aiming at to comprehend the influence of the alpha phase precipitation
over the beta matrix, as well as to understand the effect of hydrogen even in
commercially acceptable contents. BASCA microstructure comprised large laths
and fine needles of primary and secondary alpha phase respectively, with a film
of approximately 2 μm of thickness at grain boundaries. A refined and aligned
structure of alpha phase resulted from the double aging treatment, reducing to
0.2 μm the thickness of the grain boundary alpha film. The fatigue limit at 5x106
cycles raised by the standardized staircase method initially showed an
improved result for the harder microstructure, which resulted from the double
aging, for 100 ppm of hydrogen. The fatigue crack nucleation, whether at the
surface or subsurface, was attributed to the thickness of the grain boundary
alpha film. In spite of this film brittleness, crack propagation predominantly
occurred through the grains and exhibited quasi-cleavage facets and dimples.
For the structure arising from the BASCA treatment, the decrease of the
hydrogen content for 25 ppm led to a significant increase of the fatigue
resistance as a consequence of the absence of hydrides and the higher
toughness, overcoming the effect of the coarse alpha phase particles in the
beta phase matrix. / A microestrutura das ligas de Ti do tipo beta metaestável é fator
determinante para as suas propriedades e, portanto, o estudo da relação entre
a microestrutura e a resposta em fadiga representa um avanço do
conhecimento, que ainda é incipiente acerca destas ligas. O presente trabalho
teve como propósito estudar o comportamento em fadiga da liga Ti-5Al-5Mo-
5V-3Cr (Ti-5553) recém-desenvolvida para aplicação em trens de pouso, a qual
foi gentilmente fornecida pela Boeing para este estudo. O material foi
submetido a diferentes tratamentos térmicos (BASCA e duplo envelhecimento)
com o intuito de compreender a influência da precipitação da fase alfa sobre a
matriz beta, além de um entendimento sobre o efeito do hidrogênio mesmo em
teores comercialmente admissíveis. A microestrutura BASCA constituiu-se de
grandes lamelas e finas agulhas de fase alfa primária e secundária
respectivamente, com um filme de aproximadamente 2 μm de espessura nos
contornos de grão. Uma estrutura refinada e alinhada de fase alfa resultou do
tratamento de duplo envelhecimento, reduzindo para 0,2 μm a espessura do
filme nos contornos. O limite de fadiga para 5x106 ciclos determinado pelo
método normatizado conhecido como staircase mostrou um resultado superior
para a microestrutura com a matriz de maior resistência, no caso a obtida pelo
duplo envelhecimento, para o teor de 100 ppm de hidrogênio. A nucleação da
trinca de fadiga, seja superficial ou subsuperficial, foi atribuída à espessura do
filme de fase alfa nos contornos de grão. Apesar da fragilidade deste filme, a
propagação da trinca ocorreu predominantemente de modo transgranular e
exibiu facetas de quasi-clivagem e alvéolos. Para a estrutura obtida pelo
tratamento BASCA, a redução do teor de hidrogênio para 25 ppm promoveu
um acréscimo significativo da resistência à fadiga como consequência da
ausência de hidretos e da maior tenacidade, superando o efeito decorrente da
presença de partículas grosseiras de fase alfa na matriz de fase beta. / FAPESP: 2013/04423-3 / CNPq: 140520/2013-9
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufscar.br:ufscar/8627 |
| Date | 14 October 2016 |
| Creators | Campanelli, Leonardo Contri |
| Contributors | Bolfarini, Claudemiro, Silva, Paulo Sergio Carvalho Pereira da |
| Publisher | Universidade Federal de São Carlos, Câmpus São Carlos, Programa de Pós-graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, UFSCar |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFSCAR, instname:Universidade Federal de São Carlos, instacron:UFSCAR |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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