Influenza della tornitura criogenica sulla resistenza a fatica della lega Ti6Al4V trattata termicamente per applicazioni biomedicali

Nel presente lavoro di tesi è stata valutata la resistenza a fatica di componenti in titanio Ti6Al4V forgiato, lega largamente adoperata in ambito biomedicale. La rottura per fatica è la prima causa di cedimento in varie protesi, apparati odontoiatrici, viti di fissaggio e piastre; per questo motivo si vuole studiare il fenomeno. Inizialmente, spezzoni di barra tonda, caratterizzati da una microstruttura di tipo equiassica fine con fase beta intergranulare, sono stati sottoposti a trattamenti termici per ottenere le proprietà desiderate. I trattamenti termici applicati sul materiale hanno previsto due fasi: ricristallizzazione e ricottura, in modo tale che la microstruttura dei provini finali fosse di tipo Widmanstätten, dunque lamellare. Tale microstruttura permette di ottenere un’ottima tenacità e resistenza alla propagazione delle cricche. Successivamente, sono stati realizzati due gruppi di provini utilizzando tecniche di tornitura differenti: per un primo gruppo è stato adoperato un lubrificante tradizionale a base acquosa, per un secondo gruppo è stato adoperato dell’azoto liquido. Sono state condotte delle prove a fatica effettuate mediante flessione rotante a quattro punti, in modo tale da 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 ottenuti mediante tornitura criogenica (Cryo) e quelli torniti in maniera convenzionale (Flood). È stato determinato il limite a fatica per le serie Flood e Cryo attraverso l’approccio “stairchase method” presente in normativa ISO 12107. L’analisi dei dati raccolti ha permesso di evidenziare come la tornitura criogenica favorisca una diminuzione della rugosità media, Ra e Sa, dei provini rispetto alla tornitura convenzionale. Altri parametri rilevanti sono l’altezza massima del profilo, Rz, e l’altezza della valle ridotta, Svk, entrambi minori nei provini Cryo rispetto ai Flood, con effetto benefico sulla resistenza a fatica. I risultati ottenuti dalle prove a flessione rotante rimarcano come, l’utilizzo della tornitura criogenica, favorisca l’aumento del limite a fatica dei provini. La scelta dell’utilizzo dell’azoto liquido come lubrorefrigerante si è rivelata favorevole sia alla diminuzione dell’usura degli utensili sia al miglioramento delle prestazioni meccaniche dei provini.