Influenza delle condizioni di post processing sul comportamento a fatica della lega Ti6Al4V ottenuta con additive manufacturing PBF-LB

La tecnologia Powder Bed Fusion – Laser Beam (PBF-LB) permette la produzione di componenti di geometria anche molto complessa in lega Ti-6Al-4V. Le prestazioni a fatica dello stato as-built risultano inferiori rispetto alle varianti forgiate a causa dei difetti intrinseci e di una microstruttura martensitica α’ fragile. Il presente studio ha investigato l’impatto dei trattamenti di solubilizzazione ed invecchiamento (Solution Treating and Aging - STA) e delle operazioni di finitura superficiale sul comportamento a fatica della lega Ti-6Al-4V stampata con processo PBF-LB. Sono state confrontate due condizioni di trattamento termico: STA950 e STA970, caratterizzate rispettivamente da solubilizzazioni a 950°C e 970°C per 2h. Le due condizioni hanno subito dopo tempra in acqua un invecchiamento a 500°C per 4h e 6h, rispettivamente. I campioni, sui quali si è misurata una densità relativa del 99.84 ± 0,09%, dopo trattamento termico sono stati sottoposti a rettifica superficiale e prove di fatica a flessione rotante mediante metodo stair-case. I limiti di fatica misurati sono stati di 462 ± 22 MPa e 450 ± 23 MPa, rispettivamente per STA950 e STA970. Dall’analisi microstrutturale è emerso che il miglior comportamento a fatica per STA950 è dovuto ad un miglior bilanciamento della fase α-primaria, che ha garantito una maggiore resistenza alla propagazione nel campo delle micro-cricche. Tramite l’impiego dei diagrammi di Kitagawa-Takahashi e curve di El-Haddad, è stata determinata la sensibilità del materiale ai difetti "killer" interni. Sono stati poi stampati i prototipi del componente pedalina di una moto Ducati con trattamento termico STA950 non rettificate, ma pallinate. A seguito del mancato superamento delle prove a banco si è effettuata una failure analysis. Le rotture sono state causate dalla presenza di α-case e da elevata concentrazione di azoto in superficie.