Modelagem de resistência ao desgaste para TC21 Ti

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 4624 (2023) Citar este artigo

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Detalhes das métricas

Este estudo investigou o efeito dos processos de tratamento térmico na resistência ao desgaste por deslizamento a seco da liga de Ti TC21 em vários níveis de carga normal e velocidade de deslizamento. A Metodologia de Superfície de Resposta (RSM) foi usada como um projeto do procedimento experimental. OM e FESEM além da análise de DRX foram utilizados para justificativa dos resultados. A dureza mais alta de 49 HRC foi registrada para amostras WQ + Envelhecimento devido à abundância de α″ que se decompôs em αs e mais αs, enquanto a dureza mais baixa de 36 HRC foi relatada para amostras WQ. Os resultados revelaram que os corpos de prova submetidos à têmpera em água e ao envelhecimento (WQ + Envelhecimento) sob condições extremas de carga e velocidade (50 N e 3 m/s), possuíam a menor resistência ao desgaste, embora tivessem a maior dureza. Enquanto aqueles deixados na condição recozida revelaram a maior resistência ao desgaste, embora apresentassem dureza muito menor quando comparados a outras condições. Um modelo matemático polinomial para resistência ao desgaste expresso em taxa de desgaste foi desenvolvido, validado e então utilizado para obter os parâmetros ótimos.

Diversas aplicações de engenharia exigem que os engenheiros obtenham materiais com alta resistência, rigidez, tenacidade à fratura e temperaturas extremas de serviço com baixo peso1. Esta coleção de propriedades pode ser facilmente suportada pelo titânio (Ti) e suas ligas. Como resultado, a sua gama de aplicações é ampliada para incluir aplicações de engenharia avançada nas indústrias de construção, automotiva, geração de energia, biomédica, processamento químico, aeroespacial e naval2,3. No entanto, o titânio e suas ligas encontram dificuldades quando utilizados na área de desgaste e fricção. Isto é atribuído à sua baixa resistência ao desgaste e alta afinidade química sob certas circunstâncias, em comparação com os aços4. TC21 é uma liga de Ti tolerante a danos recentemente desenvolvida, com alta resistência específica e temperatura de serviço5. Pertence às ligas α + β que representam mais de 70% do mercado de ligas de Ti6. Isso ocorre porque essas ligas podem ser reforçadas por tratamentos térmicos e termomecânicos. Assim, uma ampla gama de microestruturas e propriedades mecânicas pode ser obtida para personalizar aplicações7. Acredita-se que o TC21 seja um forte concorrente e substituto da conhecida liga de Ti Ti–6Al–4V (Ti64)8. Alguns chamam o Ti64 de uma liga robusta da indústria de titânio, que domina 50% do mercado global6. Embora ambas as ligas sejam ligas α + β, o TC21 tem maior resistência específica e tenacidade à fratura do que a liga Ti64. O pedido apresentado para TC21 envolve produtos aeroespaciais, como componentes de trens de pouso, estruturas de suporte de carga, eixos de motores, fuselagens e estruturas9.

O comportamento de desgaste do TC21 foi investigado tanto do ponto de vista do desgaste por deslizamento quanto do desgaste por atrito. Elshear et al.10 investigaram o efeito da taxa de resfriamento e do processo de envelhecimento no comportamento de desgaste da liga de Ti TC21 deformada. A melhor combinação de propriedades foi alcançada pela condição refrigerada a ar e envelhecida (AC + envelhecimento). Em outro trabalho11, os autores estudaram o efeito da deformação a frio além do tratamento térmico. X. Guo et al.4 investigaram a influência de tratamentos térmicos simples, duplos e triplos na microestrutura e nas propriedades de desgaste por deslizamento a seco da liga TC21. Eles descobriram que a resistência ao desgaste da microestrutura em cestaria α + β (resultante de tratamentos duplos e triplos) é maior do que a da microestrutura β monofásica. Para o desgaste por atrito, os resultados de Lin et al.12 revelaram que a amplitude teve maior influência na resistência ao desgaste quando comparada tanto à frequência quanto à carga normal. o mecanismo de dano foi principalmente mecanismo de desgaste abrasivo. Segundo Yan et al.13, o desgaste por atrito foi conduzido em temperatura elevada (150 °C). Os autores relataram que o efeito da temperatura no coeficiente de atrito dependia do deslocamento. Além disso, em comparação com a temperatura ambiente, a taxa de desgaste foi reduzida em 67,4-86,5% e o mecanismo de desgaste por oxidação foi o principal mecanismo. Longe de utilizar processos tradicionais de tratamento térmico para controlar as características de desgaste da liga TC21, muitas pesquisas14,15,16 relataram a exploração da tecnologia de modificação de superfície e do processo de oxidação para melhorar a dureza e a resistência ao desgaste da liga TC21.