Fadiga em titânio aeronaútico revestido por PVD

Abstract

Na indústria aeronáutica, propriedades como elevada razão resistência mecânica/peso e resistência à corrosão são as razões principais para o uso das ligas de titânio em componentes estruturais, substituindo ligas de alumínio e de aço. Contudo, em componentes mecânicos submetidos ao desgaste, a estrutura hexagonal compacta do titânio somada ao baixo limite de resistência ao cisalhamento requer o uso do material base com um tratamento superficial específico. Os componentes de trem-de-pouso, geralmente submetidos a um ambiente corrosivo sob carregamentos cíclicos, exigem caracterização quanto a resistência à fadiga. Nesta pesquisa é realizado o estudo do comportamento em fadiga da liga Ti-6Al-4V tratada superficialmente em 3 condições: Anodizada, revestida por HVOF com carbeto de tungstênio; e revestida com TiN, CrN e WC por PVD. Os ensaios pino-disco proporcionam uma análise comparativa da resistência ao desgaste dos revestimentos estudados. O principal objetivo deste estudo é avaliar o comportamento em fadiga e ao desgaste da liga Ti-6Al-4V sob diferentes tratamentos superficiais de tal forma que esse material possa substituir as ligas de aço atualmente utilizadas em componentes aeronáuticos. Os resultados mostram que a liga Ti-6Al-4V revestida com WC:H (DLC) por PVD é o melhor sistema de revestimento a ser empregado considerando o desempenho em resistência a fadiga e ao desgaste.

In the aeronautical industry, properties as high strength/weight ratio and effective corrosion resistance are primary reasons for the use of titanium alloys in structural components, in the replacement of steel or aluminum alloys. In mechanical components subjected to friction, the titanium hexagonal close packed crystalline structure in addition to the low shear resistance limit the use of the base material as received, then a specific surface treatment is required. Fatigue strength is an important property for components under cyclical loading and corrosive environment as landing gears. This research presented an evaluation of fatigue strength of Ti-6al-4V alloy in three main conditions: anodized, coated by HVOF with WC-10%Co-4% Cr and coated by PVD with TiN, CrN e WC. The pin-disc tests were carried out to obtain a comparative analysis among coatings wear resistance. The main propose of this research is replace the AISI 4340 alloy by Ti-6Al-4V, reducing the aeronautic component weight. Ti-6Al-4V DLC coated by PVD process is the chosen coating system alternative considering fatigue and wear resistance.