Estudo da resistência à fadiga de estrutura trabecular da liga Ti6Al4V consolidada por fusão seletiva a laser em leito de pó

Abstract

Estruturas porosas, do tipo trabecular, da liga Ti6Al4V obtidas por fusão seletiva a laser em leito de pó (LPBF) possuem propriedades (físicas mecânicas, térmicas e elétricas) únicas que estão relacionadas à sua baixa densidade. A crescente demanda por estruturas trabeculares com propriedades controladas para diferentes aplicações, em especial na área da saúde, tem provocado estudos sobre o efeito de parâmetros na geração de defeitos do processo na LPBF e sua influência nas propriedades do consolidado. No entanto, esses vazios projetados na estrutura dos materiais levam ao início precoce das trincas de fadiga impactando a resistência à fadiga do consolidado. Portanto, é importante entender a influência dos vazios nas estruturas trabeculares em consolidados por LPBF e sua relação com a resistência à fadiga neste estudo. A partir de parâmetros testados de LPBF foi selecionada uma condição, que inclui hachura de 50 μm, potência de 150 W e velocidade do feixe laser de 500 mm/s), que gerou a maior densidade geométrica em seções contínuas. A partir desta condição foram confeccionados corpos de prova em estrutura trabecular com quantidade de vazios fabricados, em torno de 25%, isto é, com densidade de 75 % da densidade teórica. Nos consolidados foram realizados ensaios de superfície (medida de rugosidade), caracterização física (densidade geométrica), análise mecânica (microdureza Vickers, tração e fadiga) e análise da microestrutura (microscopia óptica e microscopia eletrônica de varredura com auxílio de espectrometria por energia dispersiva). A microestrutura obtida nas amostras fabricadas era composta pelas fases alfa e alfa'. Os resultados dos ensaios de tração nas estruturas trabeculares apresentaram redução da tensão de escoamento para (315 ± 20) MPa e de alongamento para 3,26%, em relação às amostras de seção contínua, que tiveram a tensão de escoamento de (881 ± 73) MPa e 7,41% de alongamento. Na resistência à fadiga sob ação de cargas trativas, na aplicação de uma mesma tensão de referência de 63 MPa, as amostras de estrutura trabecular apresentaram 300.000 ciclos sem falha, quando o ensaio foi interrompido, enquanto amostras de seção contínua atingiram 1.000.000 ciclos. A microdureza Vickers (HV 0,3) foi de (346,0 ± 2,8) HV nas linhas de amostras de seção trabecular, sendo inferior ao valor de (426,0 ± 7,2) HV das amostras de seção contínua. Amostras fabricadas com estrutura trabecular de densidade relativa de 75%, apresentaram módulo de elasticidade de (54,07 ± 1,26) GPa e podem facilitar o uso em contato com osso pela redução do stress shielding.