324 Tecnol Metal Mater Miner Satildeo Paulo v 10 n 4 p 324-328 outdez 2013

1Mestre e doutoranda em Engenharia Mecacircnica e Aeronaacuteutica Instituto Tecnoloacutegico de Aeronaacuteutica Satildeo Joseacute dos Campos SP Brasil E-mail lunarsibolcombr 2Mestre em Engenharia Mecacircnica Doutorando em Engenharia Mecacircnica e Aeronaacuteutica Instituto Tecnoloacutegico de Aeronaacuteutica Satildeo Joseacute dos Campos SP Brasil E-mail fbriguentehotmailcom 3Doutora em Engenharia Aeroespacial Professora Universidade Federal de Satildeo Paulo ndash Unifesp Soacutecia Titular da ABM Satildeo Joseacute dos Campos SP Brasil E-mail danielireishotmailcom 4Professor Associado II Instituto Tecnoloacutegico de Aeronaacuteutica Soacutecio Titular da ABM Satildeo Joseacute dos Campos SP Brasil (in memoriam) 5Engenheira de Materiais Escola de Engenharia de Lorena Universidade de Satildeo Paulo ndash USP Lorena SP Brasil E-mail fabriciaaresendegmailcom

AVALIACcedilAtildeO DO COMPORTAMENTO EM FLUEcircNCIA DA LIGA TI-6AL-4V COM ESTRUTURA MARTENSIacuteTICA E EQUIAXIAL A 600degC

Luciana Aparecida Narciso da Silva Briguente 1

Flaacutevio Perpeacutetuo Briguente 2

Danieli Aparecida Pereira Reis 3

Carlos de Moura Neto 4dagger

Fabriacutecia Assis Resende 5

Resumo

A liga Ti-6Al-4V apresenta propriedades importantes como alta resistecircncia especiacutefica boa resistecircncia agrave corrosatildeo e agrave fluecircncia e estabilidade metaluacutergica e tem sido bastante utilizada nas induacutestrias aeronaacuteutica e aeroespacial em algumas aplicaccedilotildees que requerem resistecircncia em altas temperaturas Assim eacute importante entender seu comportamento em deformaccedilatildeo sob temperaturas elevadas Um meacutetodo de se aumentar a resistecircncia de um material eacute a realizaccedilatildeo de tratamentos teacutermicos que alterem sua microestrutura Visando melhorar a resistecircncia agrave fluecircncia da liga Ti-6Al-4V foi realizado um tratamento teacutermico especiacutefico para obter uma microestrutura martensiacutetica onde o material foi aquecido a 1050degC por 30 minutos e resfriado em aacutegua ateacute a temperatura ambiente O objetivo deste trabalho eacute avaliar o comportamento em fluecircncia da liga Ti-6Al-4V com estrutura equiaxial e apoacutes tratamento teacutermico estrutura martensiacutetica na temperatura de 600degC e nas tensotildees de 125 MPa 250 MPa e 319 MPa Os ensaios de fluecircncia foram realizados agrave carga constante e a liga com estrutura martensiacutetica apresenta maior resistecircncia agrave fluecircncia com maior tempo de vida em fluecircncia e reduccedilatildeo da taxa de fluecircncia estacionaacuteriaPalavras-chave Ti-6Al-4V Tratamento teacutermico Fluecircncia

CREEP BEHAVIOR OF TI-6AL-4V WITH MARTENSITIC AND EQUIAXED STRUCTURES AT 600degC

Abstract

Ti-6Al-4V presents important properties as high specific strength corrosion and creep resistance and metallurgical stability and it has been used in aerospace and aeronautical industries in some applications that requires high temperatures resistance For these reasons is important understand Ti-6Al-4V deformation at high temperatures A method of increasing the resistance of a material is heat treatments which can modify its microstructure Aiming the improvement of Ti-6Al-4V creep resistance it was performed a specific heat treatment in this alloy to obtain a martensitic microstructure The material was heat-treated at 1050degC for 30 minutes and cooled in water until room temperature The aim of this work is to evaluate Ti-6Al-4V creep behavior with equiaxed and martensitic microstructure at 600degC and stress conditions of 125 MPa 250 MPa e 319 MPa at constant load The alloy with martensitic structure showed higher creep resistance with a longer time in creep and lower steady-state creep rateKeywords Ti-6Al-4V Heat treatment Creep

httpdxdoiorg104322tmm2013042

Tecnol Metal Mater Miner Satildeo Paulo v 10 n 4 p 324-328 outdez 2013 325

Avaliaccedilatildeo do comportamento em fluecircncia da liga TI-6AL-4V com estrutura martensiacutetica e equiaxial a 600degC

a induacutestrias como usinas de geraccedilatildeo de energia instalaccedilotildees quiacutemicas e induacutestrias aeroespaciais [10]

O objetivo deste trabalho eacute avaliar o compor-tamento em fluecircncia da liga Ti-6Al-4V como recebida estrutura equiaxial e apoacutes tratamento teacutermico estrutura martensiacutetica na temperatura de 600degC e nas tensotildees de 125 MPa 250 MPa e 319 MPa Os ensaios de fluecircncia foram realizados na modalidade de carga constante e a liga com estrutura martensiacutetica apresenta maior resistecircncia agrave fluecircncia do que a liga com estrutura equiaxial com maior tempo de vida em fluecircncia e reduccedilatildeo da taxa de fluecircncia estacionaacuteria

2 MATERIAIS E MEacuteTODOS

Foi utilizada a liga Ti-6Al-4V adquirida da Empresa Multialloy Eng Mat Ltda na induacutestria nacional na condiccedilatildeo forjada e recozida a 190degC durante 6 horas e resfriada ao ar (estrutura equiaxial) A caracterizaccedilatildeo quanto agrave compo-siccedilatildeo quiacutemica dos principais elementos (p) atende aos requisitos da norma ASTM B265-10 [11]

21 Tratamentos Teacutermicos

O tratamento teacutermico para obtenccedilatildeo da estru-tura martensiacutetica consistiu no encapsulamento a vaacutecuo dos corpos-de-prova em tubos de quartzo com diacircmetro interno de 21 mm colocados em um forno tubular Lind-bergblue-M modelo STF 54434C sob atmosfera de argocircnio As amostras permaneceram na temperatura de 1050degC por 30 minutos seguindo-se de resfriamento em aacutegua ateacute temperatura ambiente

22 Ensaio de Fluecircncia

Os ensaios de fluecircncia foram realizados em fornos da marca Mayes Aos fornos foram adaptados sistemas eleacutetricos e controladores desenvolvidos pela BSW Tecno-logia Induacutestria e Comeacutercio Ltda pela induacutestria nacional de acordo com as exigecircncias da norma ASTM E139-06 [12] Para coleta de dados relativos ao alongamento dos corpos--de-prova e medidas de temperatura em periacuteodos de tempo preacute-determinados foi utilizado o Software Antares Utilizou-se um transdutor do tipo LVDT Schlumberger D 650 para a obtenccedilatildeo das medidas de alongamento e um termopar tipo Cromel-Alumel AWG24 para o controle de temperatura

3 RESULTADOS

31 Tratamento Teacutermico

Apoacutes tratamento teacutermico foi obtida a estrutura martensiacutetica As Figuras 1a e b apresentam imagens

1 INTRODUCcedilAtildeO

Materiais para aplicaccedilotildees em temperaturas elevadas consistem em sua maioria de combinaccedilotildees possiacuteveis com ferro niacutequel cobalto titacircnio molibdecircnio tungstecircnio alumiacutenio nioacutebio e elementos residuais [1]

As ligas de titacircnio satildeo utilizadas nas induacutestrias aeronaacuteuticas aeroespacial entre outras e o uso vem aumentando devido agrave combinaccedilatildeo de suas propriedades mecacircnicas baixa massa especiacutefica alta resistecircncia especiacute-fica e resistecircncia agrave corrosatildeo [2]

A liga Ti-6Al-4V eacute a mais importante das induacutestrias de titacircnio e tem sido bastante utilizada nas induacutestrias aero-naacuteutica e aeroespacial particularmente para aplicaccedilotildees que requerem resistecircncia em altas temperaturas razatildeo da importacircncia no entendimento de seu comportamento em deformaccedilatildeo sob temperaturas elevadas [34]

As propriedades e desempenho de um material dependem da sua composiccedilatildeo quiacutemica da estrutura crista-lina do processamento e dos tratamentos teacutermicos a que foram submetidos Em ligas de titacircnio podem ser obtidas diferentes microestruturas por meio de tratamentos termomecacircnicos isto eacute uma combinaccedilatildeo de trabalho a frio ou quente seguido de tratamentos teacutermicos [56] Portanto para se aumentar a resistecircncia agrave fluecircncia de um material podem se realizar tratamentos teacutermicos na liga estudada para se produzir uma estrutura especiacutefica com diferentes caracteriacutesticas mecacircnicas e estruturais da liga

Para a liga Ti-6Al-4V o tratamento teacutermico pode ser realizado acima ou abaixo da temperatura β-transus e a microestrutura resultante pode ser lamelar ou equiaxialUm resfriamento lento a partir da regiatildeo da fase β resulta em uma microestrutura lamelar Por outro lado um resfriamento raacutepido leva a uma transformaccedilatildeo marten-siacutetica resultando em uma microestrutura acicular como agulhas muito finas A microestrutura equiaxial eacute resul-tado de um processo de recristalizaccedilatildeo Em geral maiores ductilidade e resistecircncia agrave fadiga satildeo obtidas na microestru-tura equiaxial e elevadas tenacidade agrave fratura e resistecircncia agrave fluecircncia satildeo obtidas nas microestruturas lamelares [5] A decomposiccedilatildeo da fase β pode se dar por um processo de difusatildeo (nucleaccedilatildeo e crescimento) ou por um processo sem difusatildeo (transformaccedilatildeo martensiacutetica) [7]

Para a estrutura martensiacutetica o tratamento eacute reali-zado pela permanecircncia a 1050degC por 30 minutos seguido por tecircmpera em aacutegua A microestrutura martensiacutetica eacute caracterizada como uma microestrutura acicular consis-tindo de colocircnias de gratildeos lamelares grossos [8]

O fenocircmeno da fluecircncia consiste no acuacutemulo lento e progressivo de deformaccedilatildeo ao longo do tempo mani-festando-se em todos os soacutelidos cristalinos em condiccedilotildees favoraacuteveis de temperatura e tensatildeo [9] Esse fenocircmeno eacute reconhecido como um importante problema da aacuterea industrial devido ao crescente niacutevel de exigecircncia das condiccedilotildees de operaccedilatildeo dos equipamentos utilizados junto

326 Tecnol Metal Mater Miner Satildeo Paulo v 10 n 4 p 324-328 outdez 2013

Briguente et al

devido ao acuacutemulo de discordacircncias Entretanto a maior vida em fluecircncia eacute dominada pela regiatildeo estacionaacuteria onde a taxa de fluecircncia permanece praticamente constante com o tempo associada aos mecanismos de recuperaccedilatildeo e encruamento

Os resultados das curvas de fluecircncia (Figuras 2-4) e da Tabela 1 mostram que a liga Ti-6Al-4V com estru-tura martensiacutetica a 600degC sob tensotildees de 125 MPa 250 MPa e 319 MPa apresenta uma maior resistecircncia agrave fluecircncia com maior valores de tp reduccedilatildeo da taxa de fluecircncia estacionaacuteria e maior tempo para ruptura Esses dados demonstram que o tratamento teacutermicoeacute efetivo em relaccedilatildeo ao comportamento mecacircnico da liga em fluecircncia

O maior tamanho meacutedio de gratildeo da estrutura martensiacutetica com formato acicular exerce um papel signifi-cativo no aumento da resistecircncia agrave fluecircncia da liga Ti-6Al-4V quando comparada agrave estrutura equiaxial Essa maior resistecircncia pode ser associada agraves ldquoagulhasrdquo da estrutura martensiacutetica que agem como obstaacuteculos agrave movimentaccedilatildeo de discordacircncias e ao seu maior tamanho meacutedio de gratildeo que pode diminuir a deformaccedilatildeo por fluecircncia devido agrave reduccedilatildeo do escorregamento no contorno de gratildeo

obtidas via microscoacutepio oacuteptico das estruturas equiaxial e martensiacutetica

32 Ensaio de Fluecircncia

A liga Ti-6Al-4V como recebida estrutura equia-xial e apoacutes tratamento teacutermico estrutura martensiacutetica foi submetida a ensaios de fluecircncia a 600degC nas condiccedilotildees de 125 MPa 250 MPa e 319 MPa na modalidade de carga constante As Figuras 2-4 apresentam as curvas de fluecircncia correspondentes agrave deformaccedilatildeo verdadeira ε como funccedilatildeo do tempo

A Tabela 1 apresenta a relaccedilatildeo dos principais paracirc-metros experimentais obtidos a 600degC a partir das curvas experimentais em que σ eacute a tensatildeo aplicada e εs eacute a taxa de fluecircncia estacionaacuteria obtida a partir da inclinaccedilatildeo da regiatildeo linear na curva de fluecircncia (estaacutegio secundaacuterio) O valor de tp corresponde ao tempo relativo ao estaacutegio primaacuterio O valor tf eacute o tempo final de fratura e εf corres-ponde agrave deformaccedilatildeo de fratura

4 DISCUSSOtildeES

Pela anaacutelise das Figuras 1a e b pode-se observar que a estrutura martensiacutetica apresenta uma microestru-tura mais grosseira quando comparada agrave microestrutura equiaxial caracterizada por gratildeos maiores em formato acicular (forma agulhas) onde a fase α se forma a partir dos contornos de gratildeos β

A microestrutura martensiacutetica consiste de colocirc-nias de gratildeos lamelares grossos com tamanho meacutedio de 300 microm [8]

Os testes de fluecircncia foram conduzidos ateacute a ruptura dos corpos-de-prova e as curvas obtidas mostram curvas tiacutepicas com os trecircs estaacutegios de fluecircncia Pode ser obser-vado um periacuteodo inicial onde ocorre uma diminuiccedilatildeo da taxa de fluecircncia primaacuteria associado com o endurecimento

Figura 1 Micrografia da liga Ti-6Al-4V (a) como recebida equiaxial (b) estrutura martensiacutetica [913]

Tabela 1 Dados de fluecircncia obtidos a 600degC e 125 MPa 250 MPa e 319 MPa

Condiccedilatildeo σ (MPa)

tp (h)

εs (1h)

tf (h)

εf

(mmmm)Equiaxial

125083 0063 619 0674

Martensita 200 0006 3252 0347Equiaxial

250004 0374 034 0203

Martensita 020 0072 175 0169Equiaxial

3190011 1513 009 0266

Martensita 0050 0199 056 0236

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Avaliaccedilatildeo do comportamento em fluecircncia da liga TI-6AL-4V com estrutura martensiacutetica e equiaxial a 600degC

REFEREcircNCIAS

1 Siegel M Tendecircncias em ligas para temperaturas elevadas Metalurgia amp Materiais ABM199652208-2112 Leyens C Peters M Titanium and titanium alloys Fundamentals and applications Weinheim Wiley-VCH 2003

httpdxdoiorg10100235276021193 Sakai T Ohashi M Chiba K Jonas JJ Recovery and recrystallization of Polycrystalline nickel after hot working Acta

Metallurgica 1988361781-90 httpdxdoiorg1010160001-6160(88)90246-54 Lee WS Lin CF High temperature deformation behavior of Ti-6Al-4V alloy evaluated by strain-rate compression

tests Journal of Materials Processing Technology 199875127-36 httpdxdoiorg101016S0924-0136(97)00302-6

5 Matsumoto H Yoneda H Sato K Kurosu S Maire E Fabregue D et al Room-temperature ductility of Tindash6Alndash4V alloy with αrsquo martensite microstructure Materials Science and Engineering A 20115281512-20 httpdxdoiorg101016jmsea201010070

6 American Society for Metals International ASM Handbook Volume 2 - Properties and Selection Nonferrous alloys and special-purpose materials Ohio American Society for Metals International 1990

7 Gil FP Ginebra MP Manero JM Planell JA Formation of α-Widmanstaumltten structure effects of grain size and cooling rate on the Widmanstaumltten morphologies and on the mechanical properties in Ti6Al4V alloy Journal of Alloys and Compounds 2001329142-52 httpdxdoiorg101016S0925-8388(01)01571-7

8 Venkatesh TA Conner BP Lee CS Giannakopoulos AE Lindley TC Suresh S An experimental investigation of fretting fatigue in Ti-6Al-4V the role of contact conditions and microstructure Metallurgical and Materials Transactions A 200132A1131-46

5 CONCLUSOtildeES

A estrutura martensiacutetica apresenta gratildeos maiores com formato acicular e apresenta uma maior resistecircncia agrave fluecircncia com maiores valores de tempo de fluecircncia primaacuteria reduccedilatildeo da taxa de fluecircncia estacionaacuteria e maior tempo para ruptura

O maior tamanho meacutedio de gratildeo da estrutura martensiacutetica com seu formato acicular exerce um papel significativo no aumento da resistecircncia agrave fluecircncia da liga Ti-6Al-4V quando comparada agrave estrutura equiaxial

Figura 2 Curva de fluecircncia Ti-6Al-4V com estrutura equiaxial e martensiacutetica a 600degC e 125 MPa

Figura 3 Curva de fluecircncia Ti-6Al-4V com estrutura equiaxial e martensiacutetica a 600degC e 250 MPa

Figura 4 Curva de fluecircncia Ti-6Al-4V com estrutura equiaxial e martensiacutetica a 600degC e 319 MPa

328 Tecnol Metal Mater Miner Satildeo Paulo v 10 n 4 p 324-328 outdez 2013

Briguente et al

9 Reis DAP Estudo de recobrimento ceracircmico e da atmosfera de ensaio na fluecircncia de liga metaacutelica refrataacuteria de titacircnio [tese de doutorado] Satildeo Joseacute dos Campos Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais 2005

10 Barboza MJR Estudo e modelagem sob condiccedilotildees de fluecircncia da liga Ti-6Al-4V [tese de doutorado] Satildeo Joseacute dos Campos Instituto Tecnoloacutegico da Aeronaacuteutica 2001

11 American Society for Testing and Materials ASTM B265-10 Standard Specification for Titanium and Titanium alloy strip sheet and plate Philadelphia 2010

12 American Society for Testing and Materials ASTM E139-06 Standard practice for conducting creep creep-rupture and stress-rupture tests of metallic materials Philadelphia 2006

13 Briguente LANS Estudo de tratamento teacutermico e recobrimento como forma de barreira teacutermica sobre o comportamento em fluecircncia da liga Ti-6Al-4V [dissertaccedilatildeo de mestrado] Satildeo Joseacute dos Campos Instituto Tecnoloacutegico da Aeronaacuteutica 2011

Recebido em 19102013Aceito em 17122013

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Avaliaccedilatildeo do comportamento em fluecircncia da liga TI-6AL-4V com estrutura martensiacutetica e equiaxial a 600degC

a induacutestrias como usinas de geraccedilatildeo de energia instalaccedilotildees quiacutemicas e induacutestrias aeroespaciais [10]

O objetivo deste trabalho eacute avaliar o compor-tamento em fluecircncia da liga Ti-6Al-4V como recebida estrutura equiaxial e apoacutes tratamento teacutermico estrutura martensiacutetica na temperatura de 600degC e nas tensotildees de 125 MPa 250 MPa e 319 MPa Os ensaios de fluecircncia foram realizados na modalidade de carga constante e a liga com estrutura martensiacutetica apresenta maior resistecircncia agrave fluecircncia do que a liga com estrutura equiaxial com maior tempo de vida em fluecircncia e reduccedilatildeo da taxa de fluecircncia estacionaacuteria

2 MATERIAIS E MEacuteTODOS

Foi utilizada a liga Ti-6Al-4V adquirida da Empresa Multialloy Eng Mat Ltda na induacutestria nacional na condiccedilatildeo forjada e recozida a 190degC durante 6 horas e resfriada ao ar (estrutura equiaxial) A caracterizaccedilatildeo quanto agrave compo-siccedilatildeo quiacutemica dos principais elementos (p) atende aos requisitos da norma ASTM B265-10 [11]

21 Tratamentos Teacutermicos

O tratamento teacutermico para obtenccedilatildeo da estru-tura martensiacutetica consistiu no encapsulamento a vaacutecuo dos corpos-de-prova em tubos de quartzo com diacircmetro interno de 21 mm colocados em um forno tubular Lind-bergblue-M modelo STF 54434C sob atmosfera de argocircnio As amostras permaneceram na temperatura de 1050degC por 30 minutos seguindo-se de resfriamento em aacutegua ateacute temperatura ambiente

22 Ensaio de Fluecircncia

Os ensaios de fluecircncia foram realizados em fornos da marca Mayes Aos fornos foram adaptados sistemas eleacutetricos e controladores desenvolvidos pela BSW Tecno-logia Induacutestria e Comeacutercio Ltda pela induacutestria nacional de acordo com as exigecircncias da norma ASTM E139-06 [12] Para coleta de dados relativos ao alongamento dos corpos--de-prova e medidas de temperatura em periacuteodos de tempo preacute-determinados foi utilizado o Software Antares Utilizou-se um transdutor do tipo LVDT Schlumberger D 650 para a obtenccedilatildeo das medidas de alongamento e um termopar tipo Cromel-Alumel AWG24 para o controle de temperatura

3 RESULTADOS

31 Tratamento Teacutermico

Apoacutes tratamento teacutermico foi obtida a estrutura martensiacutetica As Figuras 1a e b apresentam imagens

1 INTRODUCcedilAtildeO

Materiais para aplicaccedilotildees em temperaturas elevadas consistem em sua maioria de combinaccedilotildees possiacuteveis com ferro niacutequel cobalto titacircnio molibdecircnio tungstecircnio alumiacutenio nioacutebio e elementos residuais [1]

As ligas de titacircnio satildeo utilizadas nas induacutestrias aeronaacuteuticas aeroespacial entre outras e o uso vem aumentando devido agrave combinaccedilatildeo de suas propriedades mecacircnicas baixa massa especiacutefica alta resistecircncia especiacute-fica e resistecircncia agrave corrosatildeo [2]

A liga Ti-6Al-4V eacute a mais importante das induacutestrias de titacircnio e tem sido bastante utilizada nas induacutestrias aero-naacuteutica e aeroespacial particularmente para aplicaccedilotildees que requerem resistecircncia em altas temperaturas razatildeo da importacircncia no entendimento de seu comportamento em deformaccedilatildeo sob temperaturas elevadas [34]

As propriedades e desempenho de um material dependem da sua composiccedilatildeo quiacutemica da estrutura crista-lina do processamento e dos tratamentos teacutermicos a que foram submetidos Em ligas de titacircnio podem ser obtidas diferentes microestruturas por meio de tratamentos termomecacircnicos isto eacute uma combinaccedilatildeo de trabalho a frio ou quente seguido de tratamentos teacutermicos [56] Portanto para se aumentar a resistecircncia agrave fluecircncia de um material podem se realizar tratamentos teacutermicos na liga estudada para se produzir uma estrutura especiacutefica com diferentes caracteriacutesticas mecacircnicas e estruturais da liga

Para a liga Ti-6Al-4V o tratamento teacutermico pode ser realizado acima ou abaixo da temperatura β-transus e a microestrutura resultante pode ser lamelar ou equiaxialUm resfriamento lento a partir da regiatildeo da fase β resulta em uma microestrutura lamelar Por outro lado um resfriamento raacutepido leva a uma transformaccedilatildeo marten-siacutetica resultando em uma microestrutura acicular como agulhas muito finas A microestrutura equiaxial eacute resul-tado de um processo de recristalizaccedilatildeo Em geral maiores ductilidade e resistecircncia agrave fadiga satildeo obtidas na microestru-tura equiaxial e elevadas tenacidade agrave fratura e resistecircncia agrave fluecircncia satildeo obtidas nas microestruturas lamelares [5] A decomposiccedilatildeo da fase β pode se dar por um processo de difusatildeo (nucleaccedilatildeo e crescimento) ou por um processo sem difusatildeo (transformaccedilatildeo martensiacutetica) [7]

Para a estrutura martensiacutetica o tratamento eacute reali-zado pela permanecircncia a 1050degC por 30 minutos seguido por tecircmpera em aacutegua A microestrutura martensiacutetica eacute caracterizada como uma microestrutura acicular consis-tindo de colocircnias de gratildeos lamelares grossos [8]

O fenocircmeno da fluecircncia consiste no acuacutemulo lento e progressivo de deformaccedilatildeo ao longo do tempo mani-festando-se em todos os soacutelidos cristalinos em condiccedilotildees favoraacuteveis de temperatura e tensatildeo [9] Esse fenocircmeno eacute reconhecido como um importante problema da aacuterea industrial devido ao crescente niacutevel de exigecircncia das condiccedilotildees de operaccedilatildeo dos equipamentos utilizados junto

326 Tecnol Metal Mater Miner Satildeo Paulo v 10 n 4 p 324-328 outdez 2013

Briguente et al

devido ao acuacutemulo de discordacircncias Entretanto a maior vida em fluecircncia eacute dominada pela regiatildeo estacionaacuteria onde a taxa de fluecircncia permanece praticamente constante com o tempo associada aos mecanismos de recuperaccedilatildeo e encruamento

Os resultados das curvas de fluecircncia (Figuras 2-4) e da Tabela 1 mostram que a liga Ti-6Al-4V com estru-tura martensiacutetica a 600degC sob tensotildees de 125 MPa 250 MPa e 319 MPa apresenta uma maior resistecircncia agrave fluecircncia com maior valores de tp reduccedilatildeo da taxa de fluecircncia estacionaacuteria e maior tempo para ruptura Esses dados demonstram que o tratamento teacutermicoeacute efetivo em relaccedilatildeo ao comportamento mecacircnico da liga em fluecircncia

O maior tamanho meacutedio de gratildeo da estrutura martensiacutetica com formato acicular exerce um papel signifi-cativo no aumento da resistecircncia agrave fluecircncia da liga Ti-6Al-4V quando comparada agrave estrutura equiaxial Essa maior resistecircncia pode ser associada agraves ldquoagulhasrdquo da estrutura martensiacutetica que agem como obstaacuteculos agrave movimentaccedilatildeo de discordacircncias e ao seu maior tamanho meacutedio de gratildeo que pode diminuir a deformaccedilatildeo por fluecircncia devido agrave reduccedilatildeo do escorregamento no contorno de gratildeo

obtidas via microscoacutepio oacuteptico das estruturas equiaxial e martensiacutetica

32 Ensaio de Fluecircncia

A liga Ti-6Al-4V como recebida estrutura equia-xial e apoacutes tratamento teacutermico estrutura martensiacutetica foi submetida a ensaios de fluecircncia a 600degC nas condiccedilotildees de 125 MPa 250 MPa e 319 MPa na modalidade de carga constante As Figuras 2-4 apresentam as curvas de fluecircncia correspondentes agrave deformaccedilatildeo verdadeira ε como funccedilatildeo do tempo

A Tabela 1 apresenta a relaccedilatildeo dos principais paracirc-metros experimentais obtidos a 600degC a partir das curvas experimentais em que σ eacute a tensatildeo aplicada e εs eacute a taxa de fluecircncia estacionaacuteria obtida a partir da inclinaccedilatildeo da regiatildeo linear na curva de fluecircncia (estaacutegio secundaacuterio) O valor de tp corresponde ao tempo relativo ao estaacutegio primaacuterio O valor tf eacute o tempo final de fratura e εf corres-ponde agrave deformaccedilatildeo de fratura

4 DISCUSSOtildeES

Pela anaacutelise das Figuras 1a e b pode-se observar que a estrutura martensiacutetica apresenta uma microestru-tura mais grosseira quando comparada agrave microestrutura equiaxial caracterizada por gratildeos maiores em formato acicular (forma agulhas) onde a fase α se forma a partir dos contornos de gratildeos β

A microestrutura martensiacutetica consiste de colocirc-nias de gratildeos lamelares grossos com tamanho meacutedio de 300 microm [8]

Os testes de fluecircncia foram conduzidos ateacute a ruptura dos corpos-de-prova e as curvas obtidas mostram curvas tiacutepicas com os trecircs estaacutegios de fluecircncia Pode ser obser-vado um periacuteodo inicial onde ocorre uma diminuiccedilatildeo da taxa de fluecircncia primaacuteria associado com o endurecimento

Figura 1 Micrografia da liga Ti-6Al-4V (a) como recebida equiaxial (b) estrutura martensiacutetica [913]

Tabela 1 Dados de fluecircncia obtidos a 600degC e 125 MPa 250 MPa e 319 MPa

Condiccedilatildeo σ (MPa)

tp (h)

εs (1h)

tf (h)

εf

(mmmm)Equiaxial

125083 0063 619 0674

Martensita 200 0006 3252 0347Equiaxial

250004 0374 034 0203

Martensita 020 0072 175 0169Equiaxial

3190011 1513 009 0266

Martensita 0050 0199 056 0236

Tecnol Metal Mater Miner Satildeo Paulo v 10 n 4 p 324-328 outdez 2013 327

Avaliaccedilatildeo do comportamento em fluecircncia da liga TI-6AL-4V com estrutura martensiacutetica e equiaxial a 600degC

REFEREcircNCIAS

1 Siegel M Tendecircncias em ligas para temperaturas elevadas Metalurgia amp Materiais ABM199652208-2112 Leyens C Peters M Titanium and titanium alloys Fundamentals and applications Weinheim Wiley-VCH 2003

httpdxdoiorg10100235276021193 Sakai T Ohashi M Chiba K Jonas JJ Recovery and recrystallization of Polycrystalline nickel after hot working Acta

Metallurgica 1988361781-90 httpdxdoiorg1010160001-6160(88)90246-54 Lee WS Lin CF High temperature deformation behavior of Ti-6Al-4V alloy evaluated by strain-rate compression

tests Journal of Materials Processing Technology 199875127-36 httpdxdoiorg101016S0924-0136(97)00302-6

5 Matsumoto H Yoneda H Sato K Kurosu S Maire E Fabregue D et al Room-temperature ductility of Tindash6Alndash4V alloy with αrsquo martensite microstructure Materials Science and Engineering A 20115281512-20 httpdxdoiorg101016jmsea201010070

6 American Society for Metals International ASM Handbook Volume 2 - Properties and Selection Nonferrous alloys and special-purpose materials Ohio American Society for Metals International 1990

7 Gil FP Ginebra MP Manero JM Planell JA Formation of α-Widmanstaumltten structure effects of grain size and cooling rate on the Widmanstaumltten morphologies and on the mechanical properties in Ti6Al4V alloy Journal of Alloys and Compounds 2001329142-52 httpdxdoiorg101016S0925-8388(01)01571-7

8 Venkatesh TA Conner BP Lee CS Giannakopoulos AE Lindley TC Suresh S An experimental investigation of fretting fatigue in Ti-6Al-4V the role of contact conditions and microstructure Metallurgical and Materials Transactions A 200132A1131-46

5 CONCLUSOtildeES

A estrutura martensiacutetica apresenta gratildeos maiores com formato acicular e apresenta uma maior resistecircncia agrave fluecircncia com maiores valores de tempo de fluecircncia primaacuteria reduccedilatildeo da taxa de fluecircncia estacionaacuteria e maior tempo para ruptura

O maior tamanho meacutedio de gratildeo da estrutura martensiacutetica com seu formato acicular exerce um papel significativo no aumento da resistecircncia agrave fluecircncia da liga Ti-6Al-4V quando comparada agrave estrutura equiaxial

Figura 2 Curva de fluecircncia Ti-6Al-4V com estrutura equiaxial e martensiacutetica a 600degC e 125 MPa

Figura 3 Curva de fluecircncia Ti-6Al-4V com estrutura equiaxial e martensiacutetica a 600degC e 250 MPa

Figura 4 Curva de fluecircncia Ti-6Al-4V com estrutura equiaxial e martensiacutetica a 600degC e 319 MPa

328 Tecnol Metal Mater Miner Satildeo Paulo v 10 n 4 p 324-328 outdez 2013

Briguente et al

9 Reis DAP Estudo de recobrimento ceracircmico e da atmosfera de ensaio na fluecircncia de liga metaacutelica refrataacuteria de titacircnio [tese de doutorado] Satildeo Joseacute dos Campos Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais 2005

10 Barboza MJR Estudo e modelagem sob condiccedilotildees de fluecircncia da liga Ti-6Al-4V [tese de doutorado] Satildeo Joseacute dos Campos Instituto Tecnoloacutegico da Aeronaacuteutica 2001

11 American Society for Testing and Materials ASTM B265-10 Standard Specification for Titanium and Titanium alloy strip sheet and plate Philadelphia 2010

12 American Society for Testing and Materials ASTM E139-06 Standard practice for conducting creep creep-rupture and stress-rupture tests of metallic materials Philadelphia 2006

13 Briguente LANS Estudo de tratamento teacutermico e recobrimento como forma de barreira teacutermica sobre o comportamento em fluecircncia da liga Ti-6Al-4V [dissertaccedilatildeo de mestrado] Satildeo Joseacute dos Campos Instituto Tecnoloacutegico da Aeronaacuteutica 2011

Recebido em 19102013Aceito em 17122013

326 Tecnol Metal Mater Miner Satildeo Paulo v 10 n 4 p 324-328 outdez 2013

Briguente et al

devido ao acuacutemulo de discordacircncias Entretanto a maior vida em fluecircncia eacute dominada pela regiatildeo estacionaacuteria onde a taxa de fluecircncia permanece praticamente constante com o tempo associada aos mecanismos de recuperaccedilatildeo e encruamento

Os resultados das curvas de fluecircncia (Figuras 2-4) e da Tabela 1 mostram que a liga Ti-6Al-4V com estru-tura martensiacutetica a 600degC sob tensotildees de 125 MPa 250 MPa e 319 MPa apresenta uma maior resistecircncia agrave fluecircncia com maior valores de tp reduccedilatildeo da taxa de fluecircncia estacionaacuteria e maior tempo para ruptura Esses dados demonstram que o tratamento teacutermicoeacute efetivo em relaccedilatildeo ao comportamento mecacircnico da liga em fluecircncia

O maior tamanho meacutedio de gratildeo da estrutura martensiacutetica com formato acicular exerce um papel signifi-cativo no aumento da resistecircncia agrave fluecircncia da liga Ti-6Al-4V quando comparada agrave estrutura equiaxial Essa maior resistecircncia pode ser associada agraves ldquoagulhasrdquo da estrutura martensiacutetica que agem como obstaacuteculos agrave movimentaccedilatildeo de discordacircncias e ao seu maior tamanho meacutedio de gratildeo que pode diminuir a deformaccedilatildeo por fluecircncia devido agrave reduccedilatildeo do escorregamento no contorno de gratildeo

obtidas via microscoacutepio oacuteptico das estruturas equiaxial e martensiacutetica

32 Ensaio de Fluecircncia

A liga Ti-6Al-4V como recebida estrutura equia-xial e apoacutes tratamento teacutermico estrutura martensiacutetica foi submetida a ensaios de fluecircncia a 600degC nas condiccedilotildees de 125 MPa 250 MPa e 319 MPa na modalidade de carga constante As Figuras 2-4 apresentam as curvas de fluecircncia correspondentes agrave deformaccedilatildeo verdadeira ε como funccedilatildeo do tempo

A Tabela 1 apresenta a relaccedilatildeo dos principais paracirc-metros experimentais obtidos a 600degC a partir das curvas experimentais em que σ eacute a tensatildeo aplicada e εs eacute a taxa de fluecircncia estacionaacuteria obtida a partir da inclinaccedilatildeo da regiatildeo linear na curva de fluecircncia (estaacutegio secundaacuterio) O valor de tp corresponde ao tempo relativo ao estaacutegio primaacuterio O valor tf eacute o tempo final de fratura e εf corres-ponde agrave deformaccedilatildeo de fratura

4 DISCUSSOtildeES

Pela anaacutelise das Figuras 1a e b pode-se observar que a estrutura martensiacutetica apresenta uma microestru-tura mais grosseira quando comparada agrave microestrutura equiaxial caracterizada por gratildeos maiores em formato acicular (forma agulhas) onde a fase α se forma a partir dos contornos de gratildeos β

A microestrutura martensiacutetica consiste de colocirc-nias de gratildeos lamelares grossos com tamanho meacutedio de 300 microm [8]

Os testes de fluecircncia foram conduzidos ateacute a ruptura dos corpos-de-prova e as curvas obtidas mostram curvas tiacutepicas com os trecircs estaacutegios de fluecircncia Pode ser obser-vado um periacuteodo inicial onde ocorre uma diminuiccedilatildeo da taxa de fluecircncia primaacuteria associado com o endurecimento

Figura 1 Micrografia da liga Ti-6Al-4V (a) como recebida equiaxial (b) estrutura martensiacutetica [913]

Tabela 1 Dados de fluecircncia obtidos a 600degC e 125 MPa 250 MPa e 319 MPa

Condiccedilatildeo σ (MPa)

tp (h)

εs (1h)

tf (h)

εf

(mmmm)Equiaxial

125083 0063 619 0674

Martensita 200 0006 3252 0347Equiaxial

250004 0374 034 0203

Martensita 020 0072 175 0169Equiaxial

3190011 1513 009 0266

Martensita 0050 0199 056 0236

Tecnol Metal Mater Miner Satildeo Paulo v 10 n 4 p 324-328 outdez 2013 327

Avaliaccedilatildeo do comportamento em fluecircncia da liga TI-6AL-4V com estrutura martensiacutetica e equiaxial a 600degC

REFEREcircNCIAS

1 Siegel M Tendecircncias em ligas para temperaturas elevadas Metalurgia amp Materiais ABM199652208-2112 Leyens C Peters M Titanium and titanium alloys Fundamentals and applications Weinheim Wiley-VCH 2003

httpdxdoiorg10100235276021193 Sakai T Ohashi M Chiba K Jonas JJ Recovery and recrystallization of Polycrystalline nickel after hot working Acta

Metallurgica 1988361781-90 httpdxdoiorg1010160001-6160(88)90246-54 Lee WS Lin CF High temperature deformation behavior of Ti-6Al-4V alloy evaluated by strain-rate compression

tests Journal of Materials Processing Technology 199875127-36 httpdxdoiorg101016S0924-0136(97)00302-6

5 Matsumoto H Yoneda H Sato K Kurosu S Maire E Fabregue D et al Room-temperature ductility of Tindash6Alndash4V alloy with αrsquo martensite microstructure Materials Science and Engineering A 20115281512-20 httpdxdoiorg101016jmsea201010070

6 American Society for Metals International ASM Handbook Volume 2 - Properties and Selection Nonferrous alloys and special-purpose materials Ohio American Society for Metals International 1990

7 Gil FP Ginebra MP Manero JM Planell JA Formation of α-Widmanstaumltten structure effects of grain size and cooling rate on the Widmanstaumltten morphologies and on the mechanical properties in Ti6Al4V alloy Journal of Alloys and Compounds 2001329142-52 httpdxdoiorg101016S0925-8388(01)01571-7

8 Venkatesh TA Conner BP Lee CS Giannakopoulos AE Lindley TC Suresh S An experimental investigation of fretting fatigue in Ti-6Al-4V the role of contact conditions and microstructure Metallurgical and Materials Transactions A 200132A1131-46

5 CONCLUSOtildeES

A estrutura martensiacutetica apresenta gratildeos maiores com formato acicular e apresenta uma maior resistecircncia agrave fluecircncia com maiores valores de tempo de fluecircncia primaacuteria reduccedilatildeo da taxa de fluecircncia estacionaacuteria e maior tempo para ruptura

O maior tamanho meacutedio de gratildeo da estrutura martensiacutetica com seu formato acicular exerce um papel significativo no aumento da resistecircncia agrave fluecircncia da liga Ti-6Al-4V quando comparada agrave estrutura equiaxial

Figura 2 Curva de fluecircncia Ti-6Al-4V com estrutura equiaxial e martensiacutetica a 600degC e 125 MPa

Figura 3 Curva de fluecircncia Ti-6Al-4V com estrutura equiaxial e martensiacutetica a 600degC e 250 MPa

Figura 4 Curva de fluecircncia Ti-6Al-4V com estrutura equiaxial e martensiacutetica a 600degC e 319 MPa

328 Tecnol Metal Mater Miner Satildeo Paulo v 10 n 4 p 324-328 outdez 2013

Briguente et al

9 Reis DAP Estudo de recobrimento ceracircmico e da atmosfera de ensaio na fluecircncia de liga metaacutelica refrataacuteria de titacircnio [tese de doutorado] Satildeo Joseacute dos Campos Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais 2005

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11 American Society for Testing and Materials ASTM B265-10 Standard Specification for Titanium and Titanium alloy strip sheet and plate Philadelphia 2010

12 American Society for Testing and Materials ASTM E139-06 Standard practice for conducting creep creep-rupture and stress-rupture tests of metallic materials Philadelphia 2006

13 Briguente LANS Estudo de tratamento teacutermico e recobrimento como forma de barreira teacutermica sobre o comportamento em fluecircncia da liga Ti-6Al-4V [dissertaccedilatildeo de mestrado] Satildeo Joseacute dos Campos Instituto Tecnoloacutegico da Aeronaacuteutica 2011

Recebido em 19102013Aceito em 17122013

Tecnol Metal Mater Miner Satildeo Paulo v 10 n 4 p 324-328 outdez 2013 327

Avaliaccedilatildeo do comportamento em fluecircncia da liga TI-6AL-4V com estrutura martensiacutetica e equiaxial a 600degC

REFEREcircNCIAS

1 Siegel M Tendecircncias em ligas para temperaturas elevadas Metalurgia amp Materiais ABM199652208-2112 Leyens C Peters M Titanium and titanium alloys Fundamentals and applications Weinheim Wiley-VCH 2003

httpdxdoiorg10100235276021193 Sakai T Ohashi M Chiba K Jonas JJ Recovery and recrystallization of Polycrystalline nickel after hot working Acta

Metallurgica 1988361781-90 httpdxdoiorg1010160001-6160(88)90246-54 Lee WS Lin CF High temperature deformation behavior of Ti-6Al-4V alloy evaluated by strain-rate compression

tests Journal of Materials Processing Technology 199875127-36 httpdxdoiorg101016S0924-0136(97)00302-6

5 Matsumoto H Yoneda H Sato K Kurosu S Maire E Fabregue D et al Room-temperature ductility of Tindash6Alndash4V alloy with αrsquo martensite microstructure Materials Science and Engineering A 20115281512-20 httpdxdoiorg101016jmsea201010070

6 American Society for Metals International ASM Handbook Volume 2 - Properties and Selection Nonferrous alloys and special-purpose materials Ohio American Society for Metals International 1990

7 Gil FP Ginebra MP Manero JM Planell JA Formation of α-Widmanstaumltten structure effects of grain size and cooling rate on the Widmanstaumltten morphologies and on the mechanical properties in Ti6Al4V alloy Journal of Alloys and Compounds 2001329142-52 httpdxdoiorg101016S0925-8388(01)01571-7

8 Venkatesh TA Conner BP Lee CS Giannakopoulos AE Lindley TC Suresh S An experimental investigation of fretting fatigue in Ti-6Al-4V the role of contact conditions and microstructure Metallurgical and Materials Transactions A 200132A1131-46

5 CONCLUSOtildeES

A estrutura martensiacutetica apresenta gratildeos maiores com formato acicular e apresenta uma maior resistecircncia agrave fluecircncia com maiores valores de tempo de fluecircncia primaacuteria reduccedilatildeo da taxa de fluecircncia estacionaacuteria e maior tempo para ruptura

O maior tamanho meacutedio de gratildeo da estrutura martensiacutetica com seu formato acicular exerce um papel significativo no aumento da resistecircncia agrave fluecircncia da liga Ti-6Al-4V quando comparada agrave estrutura equiaxial

Figura 2 Curva de fluecircncia Ti-6Al-4V com estrutura equiaxial e martensiacutetica a 600degC e 125 MPa

Figura 3 Curva de fluecircncia Ti-6Al-4V com estrutura equiaxial e martensiacutetica a 600degC e 250 MPa

Figura 4 Curva de fluecircncia Ti-6Al-4V com estrutura equiaxial e martensiacutetica a 600degC e 319 MPa

328 Tecnol Metal Mater Miner Satildeo Paulo v 10 n 4 p 324-328 outdez 2013

Briguente et al

9 Reis DAP Estudo de recobrimento ceracircmico e da atmosfera de ensaio na fluecircncia de liga metaacutelica refrataacuteria de titacircnio [tese de doutorado] Satildeo Joseacute dos Campos Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais 2005

10 Barboza MJR Estudo e modelagem sob condiccedilotildees de fluecircncia da liga Ti-6Al-4V [tese de doutorado] Satildeo Joseacute dos Campos Instituto Tecnoloacutegico da Aeronaacuteutica 2001

11 American Society for Testing and Materials ASTM B265-10 Standard Specification for Titanium and Titanium alloy strip sheet and plate Philadelphia 2010

12 American Society for Testing and Materials ASTM E139-06 Standard practice for conducting creep creep-rupture and stress-rupture tests of metallic materials Philadelphia 2006

13 Briguente LANS Estudo de tratamento teacutermico e recobrimento como forma de barreira teacutermica sobre o comportamento em fluecircncia da liga Ti-6Al-4V [dissertaccedilatildeo de mestrado] Satildeo Joseacute dos Campos Instituto Tecnoloacutegico da Aeronaacuteutica 2011

Recebido em 19102013Aceito em 17122013

328 Tecnol Metal Mater Miner Satildeo Paulo v 10 n 4 p 324-328 outdez 2013

Briguente et al

9 Reis DAP Estudo de recobrimento ceracircmico e da atmosfera de ensaio na fluecircncia de liga metaacutelica refrataacuteria de titacircnio [tese de doutorado] Satildeo Joseacute dos Campos Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais 2005

10 Barboza MJR Estudo e modelagem sob condiccedilotildees de fluecircncia da liga Ti-6Al-4V [tese de doutorado] Satildeo Joseacute dos Campos Instituto Tecnoloacutegico da Aeronaacuteutica 2001

11 American Society for Testing and Materials ASTM B265-10 Standard Specification for Titanium and Titanium alloy strip sheet and plate Philadelphia 2010

12 American Society for Testing and Materials ASTM E139-06 Standard practice for conducting creep creep-rupture and stress-rupture tests of metallic materials Philadelphia 2006

13 Briguente LANS Estudo de tratamento teacutermico e recobrimento como forma de barreira teacutermica sobre o comportamento em fluecircncia da liga Ti-6Al-4V [dissertaccedilatildeo de mestrado] Satildeo Joseacute dos Campos Instituto Tecnoloacutegico da Aeronaacuteutica 2011

Recebido em 19102013Aceito em 17122013