Validazione di approcci di meccanica della frattura lineare elastica per la stima del limite a fatica di provini in Ti6Al4V indeboliti da intagli acuti prodotti mediante manifattura additiva

La manifattura additiva (AM) permette di ottenere geometrie molto complesse altrimenti irrealizzabili tramite i processi produttivi convenzionali. Tali complessità possono essere intrinseche al componente, come ad esempio strutture chiuse con canali interni, oppure frutto di un’accurata progettazione volta a ridurre eccessivi sovra-dimensionamenti in una struttura, come ad esempio strutture ottimizzate topologicamente o lattice. Per i metalli è comune utilizzare processi di AM, come la Laser Powder Bed Fusion (L-PBF), basati sulla fusione selettiva di polveri del materiale desiderato. Porosità dovute alla presenza di particelle non fuse, vuoti dovuti a gas imprigionati e rugosità elevata superficiale sono esempi di difetti tipici dei componenti prodotti tramite AM che ne peggiorano la vita a fatica. In molti dei componenti realizzati tramite AM, la presenza di intagli acuti è inevitabile, basti pensare ad esempio alle pale di una turbina, oppure a qualsiasi componente che presenti superfici di accoppiamento come sedi per cuscinetti e anelli elastici. Proprio per l’importanza che hanno in ambito industriale, gli intagli severi applicati all’AM sono l’oggetto di questa tesi, in particolar modo si è voluta studiare l’interazione tra intaglio e difetti per decretare quale tra i due tipi di intensificatori delle tensioni influenza maggiormente la vita dei componenti. In questo elaborato sono quindi analizzati gli effetti di intagli acuti con angoli di apertura di 90° e 135° sulla vita a fatica puramente a modo I di provini in Ti6Al4V prodotti per manifattura additiva, sia tramite analisi numeriche preliminari, sia tramite un’ampia campagna sperimentale. Le prove hanno coinvolto 80 provini prodotti tramite L-PBF e successivamente trattati termicamente per rimuovere le tensioni residue generate nel processo di formatura. Sono state analizzate, per entrambi gli angoli di apertura, le seguenti configurazioni superficiali all’intaglio: (i) superficie as-built (AB), (ii) superficie ripresa alle macchine utensili, (iii) superficie AB e difetti artificiali realizzati tramite AM e (iv) superficie ripresa alle macchine utensili e difetti artificiali realizzati tramite AM.