Análise de fluência na liga Ti-6Al-4V com recobrimento cerâmico
Creep analysis of the Ti-6Al-4V alloy with ceramic coating
Heric Ramos Silva, Bianca Costa Rodrigues, Renata Jesuina Takahashi, Miguel Justino Ribeiro Barboza, Danieli Aparecida Pereira Reis
Resumo
A liga Ti-6Al-4V é muito utilizada no setor aeroespacial, porém sua baixa resistência à fluência em altas temperaturas limita seu uso em ambientes severos. Para superar esse problema, revestimentos cerâmicos do tipo barreira térmica (TBCs - Thermal Barrier Coatings) têm sido empregados visando aumentar a durabilidade sob condições térmicas severas. Desse modo, este estudo avaliou a aplicação de revestimentos cerâmicos, compostos por uma camada metálica de CoNiCrAlY e uma camada cerâmica de zircônia estabilizada com 8% de ítria, aplicados por aspersão térmica a plasma (plasma spraying), sobre o comportamento em fluência da liga Ti-6Al-4V. Para isso, conduziu-se ensaios de fluência em diferentes temperaturas e tensões constantes e, através de microscopia eletrônica de varredura (MEV), realizou-se a análise fractográfica. Os resultados mostraram que o TBC aumentou o tempo até a ruptura em até 86,5% (250 MPa) e 66,7% (319 MPa) e reduziu a taxa de deformação mínima em até 93,5% e 71,9%, respectivamente, na condição de 600 °C, indicando melhora significativa na resistência à fluência. Ademais, a análise fractográfica revelou fratura dúctil com microcavidades, sugerindo que o principal mecanismo de fluência fosse a movimentação de discordâncias, com valores de energia de ativação e expoente de tensão compatíveis com os da literatura. Conclui-se que os TBCs são eficazes na melhoria da resistência à fluência da liga Ti-6Al-4V.
Palavras-chave
Abstract
The Ti-6Al-4V alloy is widely used in the aerospace industry; however, its low resistance to creep at high temperatures limits its use in severe environments. To overcome this issue, thermal barrier coatings (TBCs) have been employed to enhance durability under severe thermal conditions. Thus, this study evaluated the application of ceramic coatings, consisting of a CoNiCrAlY metallic layer and an 8% yttria-stabilized zirconia ceramic layer, applied by plasma spraying, on the creep behavior of the Ti-6Al-4V alloy. For this purpose, creep tests were conducted at different temperatures and constant stresses and, through scanning electron microscopy (SEM), fractographic analysis was performed. The results showed that the TBC increased the time to rupture by up to 86.5% (250 MPa) and 66.7% (319 MPa), and reduced the minimum strain rate by up to 93.5% and 71.9%, respectively, under the condition of 600 °C, indicating a significant improvement in creep resistance. Furthermore, the fractographic analysis revealed ductile fracture with microvoids, suggesting that the main creep mechanism was dislocation motion, with activation energy and stress exponent values consistent with those found in the literature. It is concluded that TBCs are effective in improving the creep resistance of the Ti-6Al-4V alloy.
Keywords
Referências
1 Sakai T, Ohashi M, Chiba K, Jonas JJ. Recovery and recrystallization of polycrystalline nickel after hot working. Acta Metallurgica. 1988;36(7):1781-1790. http://doi.org/10.1016/0001-6160(88)90246-5.
2 Lee WS, Lin CF. High temperature deformation behavior of Ti-6Al-4V alloy evaluated by strain-rate compression tests. Journal of Materials Processing Technology. 1998;75(1-3):127-136. http://doi.org/10.1016/S0924- 0136(97)00302-6.
3 Evans RW, Wilshire B. Introduction to creep. London: The Institute of Materials; 1993. 115 p.
4 Reis DAP. Efeito do recobrimento cerâmico e da atmosfera de ensaio na fluência de liga refratária. São José dos Campos: Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE); 2004. 188 p.
5 Welsch G, Kahveci AI. Oxidation of high-temperature intermetallics. In: Grobstein T, Doychak J, editors. Oxidation of high-temperature intermetallics. Warrendale: The Minerals, Metals & Materials Society (TMS); 1988. cap. 3, p. 167-174.
6 Takahashi RJ, Assis JMK, Fazan LH, Rodríguez LAA, Capella AG, Reis DAP. Development on Ti-6Al-4V for aerospace application. Coatings. 2025;15(1):47. http://doi.org/10.3390/coatings15010047.
7 Almeida DS. Estudo de revestimentos cerâmicos sobre substrato metálico, obtidos por deposição física de vapores por feixe de elétrons para aplicação como barreira térmica. [tese]. São José dos Campos: Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais, 2005.
8 Reis DAP, Moura C No, Silva CRM, Barboza MJR, Piorino F No, Perez EAC. Effect of coating on the creep behavior of the Ti-6Al-4V alloy. Materials Science and Engineering A. 2008;486(1-2):421-426. http://doi. org/10.1016/j.msea.2007.09.024.
9 Alperine S, Lelait L. Microstructural investigation of plasma-sprayed yttria partially stabilized zirconia TBC. Journal of Engineering for Gas Turbines and Power – Transactions of the ASME. 1994;116(1):258-65.
10. Siemens AG. Standard Internal Report. Berlim: Siemens AG; 1982.
11 Briguente LANS. Estudo de tratamento térmico e recobrimento como forma de barreira térmica sobre o comportamento em fluência da liga Ti-6Al-4V [dissertação]. São José dos Campos: Instituto Tecnológico de Aeronáutica; 2011.
12 Callister WD. Ciência e engenharia de materiais: uma introdução. Rio de Janeiro: LTC; 2002. cap. 8, p. 157-161.
13 Reis DAP. Estudo de recobrimento cerâmico e da atmosfera de ensaio na fluência da liga metálica refratária de titânio. [tese]. São José dos Campos: Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais, 2005.
14 Barboza MJR. Estudo e modelagem sob condições de fluência da liga Ti-6Al-4V [tese]. São José dos Campos: Instituto Tecnológico de Aeronáutica; 2001.
15 American Society for Testing and Materials. B265-89. Standard specification for titanium and titanium alloy strip, sheet and plate. Philadelphia: ASTM; 1990.
16 American Society for Testing and Materials. E139-06. Standard practice for conducting creep, creep-rupture and stress-rupture tests of metallic materials. Philadelphia: ASTM; 2006.
17 1983;18(11):3449-3455. http://doi.org/10.1007/BF00544173.
18 on titanium alloy. Journal of Thermal Spray Technology. 2012;21:335-343. https://doi.org/10.1007/s11666-011-9721-2.
19 Abedi HR, Salehi M, Shafyei A. Microstructural, mechanical and thermal shock properties of triple-layer TBCs with different thicknesses of bond coat and ceramic top coat deposited onto polyimide matrix composite. Ceramics International. 2018;44(6):6212-6222. http://doi.org/10.1016/j.ceramint.2018.01.006.
20 Evans AG, Clarke DR, Levi CG. The influence of oxides on the performance of advanced gas turbines. Journal of the European Ceramic Society. 2008;28(7):1405-1419. http://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2007.12.023.
21 de Freitas FE, da Silva RAL, Takahashi RJ, dos Reis AG, Capella AG, Reis DAP. Influence of laser remelting on creep resistance in Ti-6Al-4V alloy with thermal barrier coating. Coatings. 2025;15(2):220. http://doi.org/10.3390/ coatings15020220.
Submetido em:
22/04/2025
Aceito em:
01/09/2025
Facebook
Google+
Twitter
LinkedIn
Mendeley
StumbleUpon
CiteULike
Reddit
Email