Estudios de la fatiga al aire de una aleación de Ti-6Al-4V, recubierta con una película de Balinit® Futura.

Abstract

En el presente trabajo se estudió, mediante ensayos de fatiga al aire realizados en condición de flexión rotativa, el comportamiento de un recubrimiento multicapa (24 capas, con un espesor total de 2 micras) de TiAIN/TiN intercaladas, depositado por medio de una técnica Deposición Física en Fase Vapor Asistido por Plasma (PAPVD), específicamente bajo un proceso de Ion Plating realizado a temperaturas inferiores a los 500 °C en donde el substrato es sometido a un potencial negativo constante, siendo este una aleación de Ti-6A1-4V en estado de recocido (704 °C por una hora y enfriada al aire); con la finalidad de llevar a cabo dicho estudio, el recubrimiento fue depositado en tres tipos de probetas: de tracción, de fatiga y cilíndricas, estas últimas con el propósito de determinar su composición química y dureza. De la evaluación de las propiedades en tracción uniaxial, se aprecia que la aplicación de la película aumentó la rigidez del conjunto con respecto a la del substrato, así como el esfuerzo de fluencia, al 0.2% de la deformación; y por otro lado disminuyo la resistencia a la tracción, esto, junto a los resultados de los ensayos de dureza evidencian una perdida de propiedades mecánicas de la aleación Ti-6A1-4V sufrida durante el proceso de deposición debido a las temperaturas y tiempos a la cual estuvieron expuestas las probetas recubiertas. La resistencia a la fatiga de los materiales se evaluó en el orden del 68 al 78 % del esfuerzo de fluencia del substrato. La misma es reportada en términos de la ecuación de Basquin. Se observó que la aplicación del recubrimiento disminuyo la vida a la fatiga del conjunto con respecto al material base entre 13.83 y 23.07 % para una condición de esfuerzo entre 754 MPa y 650 MPa respectivamente (79 y 68 % del esfuerzo de fluencia del material base). En cuanto al límite de fatiga las probetas recubiertas presentaron una disminución de 7.98 % (51 MPa), con respecto al material sin recubrir; de igual forma se aprecia una notable disminución en la dispersión de los datos obtenidos para las probetas recubiertas en comparación con las probetas sin recubrir. Adicionalmente se reportan datos obtenidos a partir de ensayos de Micro Indentación Estática Vickers del conjunto recubrimiento-substrato y del substrato sin el recubrimiento, valores de rugosidad hechos por medio de un Interferómetro de luz, y perfil de composición química realizadas con Espectroscopia de Electrones Auger (AEM). La superficie de fractura y cortes perpendiculares a esta fueron examinadas usando Microscopia Electrónica de Barrido (MEB) con el fin de determinar donde se originan las grietas de fatiga y su modo de propagación. Así mismo se evaluó la condición microestructural del substrato, observándose una morfología típica columnar de procesos de conformado de barras en este tipo de aleaciones, no obstante, también se puede apreciar un ligero engrosamiento de la fase alfa, en la aleación después de haber sido recubierta, lo que iría en dirección de una respuesta mecánica distinta por parte de este substrato con respecto a la aleación base.