RESISTENZA A FATICA DI COMPONENTI IN TI6AI4V FORGIATI E LAVORATI CON TORNITURA CRIOGENICA

In questo lavoro di tesi sono stati testati a fatica componenti in Titanio forgiato, realizzati in Ti6Al4V, lega molto utilizzata in ambito industriale, aerospaziale e biomedicale. I provini sono stati ottenuti a partire da una barra tonda e successivamente torniti utilizzando due diverse strategie di lubrificazione: tradizionale a base acquosa e criogenica con azoto liquido. Le prove a fatica sono state effettuate mediante flessione rotante a quattro punti, che sollecita la superficie esterna dei provini, permettendo di evidenziare gli effetti indotti dalle due diverse lavorazioni per asportazione di truciolo. Sono state ricavate le curve di Wöhler con rapporto di ciclo R=-1 e probabilità di sopravvivenza PS=50% per le due serie di provini, quelli torniti in maniera convenzionale (Flood) e quelli ottenuti mediante tornitura criogenica (Cryo). Seguendo l’approccio “stairchase method” presente nella normativa ISO 12107, è stato possibile determinare il limite a fatica per le serie Flood e Cryo. Sono state osservate le superfici di frattura per individuare la zona d’innesco delle cricche responsabili della rottura dei provini, ed è stato seguito un metodo basato sulla meccanica della frattura in presenza di difetti, considerando come lunghezza di cricca equivalente il parametro "radice di area,R", che dipende dalla rugosità superficiale. I dati raccolti hanno mostrato che la tornitura criogenica permette di ottenere una rugosità superficiale media, Sa, inferiore rispetto alla tornitura convenzionale, ma valli del profilo più irregolari, con il parametro di asimmetria Ssk e della valle ridotta Svk, che indicano un profilo dominato da valli più profonde rispetto ai provini Flood. Si è osservato, inoltre, un aumento delle tensioni residue di compressione in corrispondenza della superficie dei provini Cryo, ma non si è rilevato un evidente effetto benefico sulla vita a fatica. Il materiale utilizzato presenta una microstruttura equiassica fine con fase beta intergranulare, che permette un’ottima resistenza a fatica, difficilmente migliorabile. Confrontando i dati ottenuti con quelli di altri provini realizzati mediante additive manufacturing, caratterizzati da una microstruttura di tipo lamellare, è emerso che in questi ultimi la tornitura criogenica ha effetti significativi, con aumento evidente della vita. È emersa dunque una forte correlazione tra microstruttura e resistenza a fatica. In ogni caso la strategia di lubrificazione mediante l’utilizzo di azoto liquido non ha evidenziato particolari effetti benefici sulla vita dei componenti testati, ma sicuramente non ha introdotto aspetti negativi, ritenendola dunque una valida alternativa alla tornitura tradizionale, poiché permette una minor usura degli utensili.