Estudio de fatiga a bajos ciclos de la aleación Ti-6Al-4V obtenida por fusión de haz de electrones y su extensión a altos ciclos

• Gutiérrez Rodríguez, Leydy Leydy Yinet ; Jiménez Espinosa, Fredy Alexander ^[1] ; Pertuz-Comas, Alberto David ^[2] ; González-Estrada, Octavio Andrés ^[3] ; Díaz Rodríguez, Jorge Guillermo ^[3]
  1. [1] Universidad Industrial de Santander

     Universidad Industrial de Santander

     Colombia

     
  2. [2] GIC
  3. [3] GIEMA

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• Localización: Scientia et Technica, ISSN 0122-1701, Vol. 26, Nº. 3, 2021 (Ejemplar dedicado a: Julio-Septiembre 2021), págs. 290-297
• Idioma: español
• Títulos paralelos:
  • Ti6-Al4-V alloy low cycle fatigue study printed by electron beam melting and its extension to high cycles
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• Resumen
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    La fabricación aditiva de fusión de haz de electrones o EMB, es una técnica usada para fabricar piezas fundiendo polvo metálico capa por capa con un haz de electrones en condiciones de alto vacío, generando así una impresión en 3D que permite obtener configuraciones complejas muy difíciles de obtener con métodos convencionales de fabricación. En esta investigación se estudia la caracterización a la fatiga a bajos ciclos para muestras de aleación Ti-6Al-4V obtenida por EBM y su extensión a la fatiga de altos ciclos. Se utilizan probetas cilíndricas mecanizadas bajo la norma ASTM E8, luego estas fueron sometidas a ensayos de tracción, en una maquina universal MTS Bionix®. Los resultados permitieron establecer las condiciones estáticas: esfuerzo de fluencia de 1023 MPa, y un esfuerzo máximo de 1143 MPa, a su vez una deformación unitaria máxima del 13%. Los ensayos de fatiga fueron realizados a aproximadamente una relación de inversión de carga R=-1 bajo desplazamiento controlado. El rango de ciclos a la ruptura se llevó hasta 13335 ciclos. Estos resultados se graficaron bajo la curva deformación unitaria vs número de ciclos a la falla (Ɛ -Nf) usando dos versiones de la regla de Coffin-Manson. Estas dos reglas son reglas para aleaciones de Ti y Al y una de estas es exclusiva para aleaciones Ti-6Al-4V impresas por manufactura aditiva. Finalmente, datos de fatiga a altos ciclos, para la misma aleación y fabricada bajo el mismo proceso, se juntan con datos de esta investigación para ajustarlos a una regla tipo modelo de Manson-Coffin-Basquin, la cual arrojó como resultado εt= 0.0364N -0.148.

  • English

    Electron beam fusion (EMB) is an Additive manufacturing (AM) technique used to produce parts by melting metal powder layer by layer with an electron beam under high vacuum conditions, thus generating a 3D topology that allows complex configurations that are very difficult to obtain with conventional manufacturing methods. This paper describes the low cycle fatigue behavior for samples of Ti-6Al-4V alloy obtained by EBM and its extension to high cycle fatigue. Cylindrical specimens machined under the ASTM E8 were used, then they were subjected to tensile tests, on a universal MTS Bionix® machine. The results allowed to establish the static conditions: yield stress of 1023 MPa, and a maximum stress of 1143 MPa, as well as a maximum strain of 13%. Fatigue tests were performed at approximately a load inversion ratio R = -1 under controlled displacement. The range of cycles to breakdown was up to 13335 cycles. These results were plotted in a strain vs. number of cycles to failure (Ɛ -Nf) curve using two versions of the Coffin-Manson rule. The two rules are rules for Ti and Al alloys and one of these is exclusive for Ti-6Al-4V alloys printed by AM. Finally, high cycle fatigue data for the same alloy and manufactured by EBM were appended to data from this research seeking an adjustment to a Manson-Coffin-Basquin model-type-of rule, which resulted in εt= 0.0364N -0.148.