EVALUACIÓN MECÁNICA MEDIANTE TÉCNICAS DE …
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1 EVALUACIÓN MECÁNICA MEDIANTE TÉCNICAS DE INDENTACIÓN DE SOLDADURAS POR FRICCIÓN LINEAL EN ALEACIONES DE TITANIO MECHANICAL EVALUATION OF LINEAR FRICTION WELDS IN TITANIUM ALLOYS THROUGH INDENTATION EXPERIMENTS M. Corzo, O. Casals, J. Alcalá, A. Mateo, M. Anglada Departament de Ciència dels Materials i Enginyeria Metal·lúrgica Av. Diagonal 647, Barcelona Universitat Politècnica de Catalunya
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EVALUACIOacuteN MECAacuteNICA MEDIANTE TEacuteCNICAS DE INDENTACIOacuteN DE SOLDADURAS POR FRICCIOacuteN LINEAL
EN ALEACIONES DE TITANIO
MECHANICAL EVALUATION OF LINEAR FRICTION WELDS IN TITANIUM ALLOYS THROUGH INDENTATION
EXPERIMENTS
M Corzo O Casals J Alcalaacute A Mateo M Anglada
Departament de Ciegravencia dels Materials i Enginyeria Metalluacutergica Av Diagonal 647 Barcelona
Universitat Politegravecnica de Catalunya
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Resumen Este artiacuteculo presenta los resultados de un proyecto cuyo objetivo es evaluar la integridad estructural de soldaduras por friccioacuten lineal entre diferentes aleaciones de titanio de aplicacioacuten aeronaacuteutica Concretamente se han estudiado dos uniones Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo con Ti-6Al-4V y Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo con Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo El liacutemite elaacutestico y el coeficiente de endurecimiento por deformacioacuten de las uniones soldadas y del metal base son inferidos mediante una novedosa metodologiacutea de indentacioacuten En los metales base los resultados experimentales de indentacioacuten son confrontados con los obtenidos mediante ensayos convencionales de traccioacuten Las variaciones en propiedades mecaacutenicas sugieren que la fina microestructura en la zona afectada teacutermicamente mejora las propiedades con respecto al metal base Palabras Clave aleaciones de titanio blisk soldadura por friccioacuten indentacioacuten zona afectada
teacutermicamente (ZAT)
Abstract This article shows the results of a project that focuses on the characterization of the weld interface region of dissimilar joints between titanium alloys for aeronautical applications specifically Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo with Ti-6Al-4V and Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo with Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo The uniaxial flow stress and hardening response of the material containing the weld were analyzed following the finite elements simulations and mathematical formulations to correlate hardness and the amount of pile-up and sinking-in phenomena around sharp indenters with uniaxial mechanical properties This allows to accurately stablishing the influence that welding process has on the mechanical response of the parts Tests performed on these friction-welded specimens showed that the fine grained microstructures in the welds exhibited better properties than the base materials Keywords titanium alloys blisk linear friction welding indentation experiments heat
affected zone (HAZ)
3
1 INTRODUCCIOacuteN
La soldadura por friccioacuten es un proceso en estado soacutelido que permite unir materiales
siacutemiles y disiacutemiles mediante el contacto de una interfase que ha plastificado Bajo
condiciones normales la temperatura maacutexima en la unioacuten queda justo por debajo del
punto de fusioacuten con lo cual los defectos de soldadura comuacutenmente asociados a los
fenoacutemenos de fusioacuten y solidificacioacuten no ocurren pudiendo obtenerse uniones soldadas
con mejores propiedades que los metales base[1]
La teacutecnica de soldadura por friccioacuten lineal es relativamente reciente y permite extender
las aplicaciones de la claacutesica soldadura por friccioacuten rotativa a componentes no
axisimeacutetricos Asiacute en la actualidad este proceso de soldadura es considerado como una
alternativa de fabricacioacuten y reparacioacuten de componentes en los motores de turbina[2]
Normalmente las turbinas se construyen mediante la unioacuten mecaacutenica de los aacutelabes al
disco Sin embargo con este nuevo meacutetodo de produccioacuten se puede obtener un uacutenico
componente denominado blisk (blade + disk) con un peso notablemente menor lo que
resulta favorable para su aplicacioacuten en la industria aeronaacuteutica
Un detalle caracteriacutestico de las piezas soldadas por friccioacuten lineal es la presencia de una
rebaba llamada ldquoflashrdquo formada por material que ha sido expulsado debido a la
presioacuten ya que la unioacuten entre los metales se logra a traveacutes de un efecto combinado entre
fuerza de forja y el movimiento relativo de las piezas[3] Frecuencia y amplitud de
oscilacioacuten junto con las fuerzas de forja y de friccioacuten son los principales paraacutemetros
del proceso y condicionan las propiedades mecaacutenicas de las uniones producidas[4]
En consecuencia encontrar un rango de paraacutemetros oacuteptimo para cada caso concreto es
de gran importancia praacutectica
4
La optimizacioacuten de los paraacutemetros del proceso de soldadura por friccioacuten lineal y la
prediccioacuten de las variaciones de temperatura en el proceso han sido en los uacuteltimos antildeos
objeto de estudio debido a su complejidad[5] En virtud de lo anterior el objetivo de este
trabajo fue aplicar una nueva metodologiacutea que se basa en teacutecnicas de modelizacioacuten por
elementos finitos a fin de obtener correlaciones entre la dureza y propiedades
mecaacutenicas tales como el liacutemite elaacutestico el moacutedulo de Young y el coeficiente de
endurecimiento por deformacioacuten[67] La evolucioacuten de dichas propiedades es analizada en
funcioacuten de los cambios microestructurales en la zona afectada teacutermicamente (ZAT) de
uniones realizadas en aleaciones de titanio
2 PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
21 Materiales
La aleacioacuten seleccionada para la fabricacioacuten del disco fue Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo (Ti-
6246) Fue colada en forma de disco (400 mm x 50 mm) y posteriormente forjada en
la regioacuten (-transus de 945 ordmC) A continuacioacuten se sometioacute a un recocido a 900 ordmC
durante 1 hora enfriamiento a 50 ordmCmin y por uacuteltimo se efectuoacute un envejecimiento a
585 ordmC durante 8 horas Las aleaciones utilizadas como aacutelabes fueron la Ti-6Al-4V (Ti-
64) y Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo (Ti-6242) forjadas en con un recocido posterior a 950-
960 ordmC 2 horas Mientras que la Ti-64 fue envejecida a 700 ordmC 2 horas la Ti-6242 lo
fue a 595 ordmC 8 horas
Las soldaduras por friccioacuten lineal fueron efectuadas por TWI (The Welding Institute)
Todas las uniones fueron sometidas a un tratamiento de alivio de tensiones en vaciacuteo o
en atmoacutesfera controlada de argoacuten
5
Un aspecto a destacar de estas uniones es la reducida extensioacuten de la ZAT La
exposicioacuten a temperaturas elevadas y altas velocidades de enfriamiento conlleva la
presencia de acusadas variaciones microestructurales a lo largo de esta reducida ZAT
La variacioacuten microestructural fue observada mediante Microscopiacutea Electroacutenica de
Barrido (MEB) mientras que para caracterizar la ZAT se extrajeron laacuteminas delgadas
para Microscopiacutea Electroacutenica de Transmisioacuten (MET) en una seccioacuten transversal de la
unioacuten
22 Metodologiacutea de ensayos de indentacioacuten y modelizacioacuten por elementos finitos
Para estudiar la variacioacuten de las propiedades mecaacutenicas en funcioacuten de la distancia a la
unioacuten se llevaron a cabo ensayos de indentacioacuten Vickers con un duroacutemetro Frank 532 a
una carga maacutexima de 10 Kg en el metal base y con un microindentador Akashi a una
carga 1 Kg en la ZAT El valor de la carga maacutexima aplicada permite asegurar que el
ensayo se realiza en el rango de indentacioacuten en que la dureza se mantiene constante para
cualquier profundidad de penetracioacuten Este valor de carga hace que la huella cubra una
amplia zona del material donde existen suficientes granos como para asegurar que se
mide la dureza de un soacutelido continuo
Se utilizoacute la metodologiacutea descrita en la referencia [6] a fin de obtener el liacutemite elaacutestico
ys y el coeficiente de endurecimiento por deformacioacuten n a partir de ensayos de
indentacioacuten Ademaacutes de la dureza un paraacutemetro indispensable en esta caracterizacioacuten es
la distribucioacuten de la deformacioacuten plaacutestica existente en la superficie del material pues
condiciona el aacuterea de contacto teoacuterica La deformacioacuten puede ser de dos tipos los
materiales que exhiben un n bajo desarrollan apilamiento (pile-up) alrededor de la
superficie de contacto mientras que aquellos con un elevado valor de n presentan
hundimiento (sink-in) Este efecto se introduce en el anaacutelisis a traveacutes del paraacutemetro
6
definido como el cuadrado del cociente entre la distancia vertical desde el fondo de la
huella al material situado en el liacutemite de la zona de contacto (hs) y el maacuteximo
desplazamiento (h) tal y como se describe en la figura 1
La simulacioacuten del proceso por elementos finitos proporciona una relacioacuten entre ys y
n para un material que responda a una ley
nK (1)
En particular en el caso de las aleaciones de titanio estudiadas se establecioacute que los
lados de las huellas de indentacioacuten eran relativamente rectos con lo que se optoacute por
considerar que no experimentaban efectos de apilamiento ni de hundimiento en la
periferia del contacto De esta forma se fijoacute = 1 y con la dureza medida
experimentalmente (H) se calculoacute la tensioacuten caracteriacutestica o representativa r del
material mediante la foacutermula (2)
926121968368170064700230
234
rrrrr
ELn
ELn
ELn
ELn
H
(2)
Dicha tensioacuten r es la que corresponde a una deformacioacuten de 01[6]
A partir del valor de y de r se aplicoacute la ecuacioacuten propuesta a fin de evaluar el
coeficiente n que estaacute expresado en la ecuacioacuten (3)
DE
r
eBA
(3)
014260059260400380353590
4790007328690678927
81480047817180677608
23
23
23
nnnD
nnnB
nnnA
En los caacutelculos descritos se asumioacute un valor del moacutedulo de Young E de 110 GPa de
acuerdo al valor esperado en aleaciones de titanio El liacutemite elaacutestico (ys) que
caracteriza por completo la respuesta uniaxial del material se puede evaluar a partir de
7
la ecuacioacuten constitutiva ecuacioacuten (1) una vez conocidos el coeficiente de
endurecimiento el moacutedulo de Young y la tensioacuten representativa r Operando con dicha
ecuacioacuten y asumiendo continuidad entre la zona elaacutestica y la zona plaacutestica de la curva
uniaxial se llega a la siguiente expresioacuten
)1()1(1 )10( nnnrys E (4)
Finalmente se utilizoacute la metodologiacutea descrita en [8] a fin de establecer la influencia del
coeficiente de friccioacuten sobre las propiedades obtenidas anteriormente Para ello se
empleoacute el meacutetodo iterativo propuesto en ese trabajo que permite extraer los valores de
dureza Ho y o que se esperariacutean si el material hubiese sido sometido a indentacioacuten sin
friccioacuten
23 Ensayos de traccioacuten
Los ensayos de traccioacuten se llevaron a cabo en una maacutequina universal a una velocidad de
desplazamiento de 2 mmmin Se mecanizaron probetas planas a partir del bloque
soldado el cual media 15 x 36 mm y 60 mm de longitud El liacutemite elaacutestico la
resistencia maacutexima y la deformacioacuten a rotura se calcularon a partir de las curvas
esfuerzo-deformacioacuten reales
3 RESULTADOS Y DISCUSIOacuteN
31 Caracterizacioacuten microscoacutepica de la unioacuten
En las figuras 2 y 3 pueden observase las microestructuras de los metales base
caracterizadas mediante MEB De acuerdo con la metalurgia del titanio[9] y como
resultado de la forja en la regioacuten de la aleacioacuten Ti-6246 se produce una
8
microestructura con grandes granos de fase En el enfriamiento desde la regioacuten se
forman agujas de y tambieacuten precipita fase discontinua a lo largo de los liacutemites de
grano (Fig 2) Durante el envejecimiento aparece una gran cantidad de placas finas de
secundaria
La microestructura de las aleaciones Ti-64 y Ti-6242 tiene una distribucioacuten bi-modal de
noacutedulos de fase -primaria y colonias tipo Windmanstaumltten de (Fig 3) Para el Ti-
64 los noacutedulos de -primaria tienen un tamantildeo medio de 20 m y suponen una fraccioacuten
en volumen de aproximadamente 45 (Fig 3a) Esta fase se encuentra en mayor
proporcioacuten (asymp 60) en el Ti-6242 (Fig 3b)
Los factores que permiten evaluar la integridad de una unioacuten por friccioacuten lineal son tipo
y espesor de ldquoflashrdquo presencia de defectos extensioacuten de la ZAT y cambios
microestructurales a lo largo de la misma siendo en los dos uacuteltimos aspectos en los que
se centra el intereacutes de este estudio
El tamantildeo de la ZAT evaluada a partir de la observacioacuten de cambios microestructurales
con respecto a los materiales base es similar en las dos uniones con un valor de
127 mm para el Ti-64 y 152 mm para el Ti-6242 Es preciso especificar que dichas
mediciones fueron hechas a un tercio del espesor de la probeta puesto que en las zonas
proacuteximas a los bordes se produce un notable ensanchamiento tal y como se aprecia en
la figura 4
La figura 5 muestra la micrografiacutea de la seccioacuten transversal en una unioacuten soldada entre
Ti-6246 y Ti-6242 Siguiendo la misma notacioacuten utilizada en trabajos previos[10] se
pueden distinguir tres regiones diferentes regioacuten de transformacioacuten de fase regioacuten con
deformacioacuten (en la que se observa claramente la fase -primaria alargada por efecto de
la friccioacuten) y regioacuten de metal base sin cambios
9
32 Propiedades Mecaacutenicas
321 Ensayos de dureza
La figura 6 recoge los valores obtenidos en una unioacuten Ti-6246Ti-64 en una liacutenea de
medicioacuten que abarca los dos metales base asiacute como la parte central de la ZAT Para la
otra unioacuten el perfil es muy similar De estos perfiles se deduce que la extensioacuten de la
ZAT es mayor a la medida realizada considerando los cambios microestructurales
cuyos valores se dieron en el apartado 31 Por ejemplo para la unioacuten mostrada en la
figura 6 el perfil de durezas muestra que la ZAT alcanza un valor aproximado de 2 mm
con 1 mm a cada lado de la liacutenea de unioacuten
Puede apreciarse el crecimiento de la dureza en la ZAT siendo maacutes pronunciado y
uniforme en el lado que corresponde a la aleacioacuten Ti-6246 La evolucioacuten de las durezas
en la zona central de la unioacuten se muestra con maacutes detalle en las figuras 7 y 8 En
general los mayores valores de dureza se presentan en la zona de transformacioacuten y
decrecen con la distancia desde la interfase hacia los extremos Para el caso de la ZAT
en los metales base con microestructura bi-modal (Ti-64 y Ti-6242) esta disminucioacuten
es contundente mientras que el Ti-6246 presenta un perfil de dureza maacutes homogeacuteneo
En la tabla I se indican los valores de las propiedades mecaacutenicas (ys y n) estimados a
partir de los datos experimentales obtenidos con las indentaciones tanto en los metales
base como en la unioacuten Como era de esperar los altos valores de dureza en la unioacuten se
traducen en una prediccioacuten de un liacutemite elaacutestico muy elevado
322 Ensayos de traccioacuten
De cada unioacuten se extrajeron dos probetas con su eje principal orientado
transversalmente a la soldadura A partir de los resultados estimados para las estructuras
10
bimodal y laminar (Tabla I) se podiacutea deducir que la rotura tendriacutea lugar en la primera
ya que presenta un menor ys y un n similar Esta prediccioacuten se confirmoacute con los
ensayos de traccioacuten La Tabla II presenta las tensiones de rotura de las uniones las
cuales se situaron entre 1030 y 1090 MPa valores bastante proacuteximos a los de los
metales base por los que se produjo la fractura tambieacuten incorporados en la misma tabla
Estos resultados son consistentes con los obtenidos por Mohandas et al[11] y Wisbey et
al[12] en aleaciones de titanio en las que la unioacuten superaba las propiedades del
metal base
Con objeto de comprobar el grado de ajuste entre datos experimentales y las
estimaciones de la metodologiacutea de indentacioacuten se compararon la curva esfuerzo-
deformacioacuten obtenida en un ensayo de traccioacuten en la aleacioacuten Ti-64 y la trazada con las
modelizaciones por elementos finitos (Fig 9) Como se puede observar la metodologiacutea
de indentacioacuten asume siempre un comportamiento potencial perfecto con un valor
constante del coeficiente de endurecimiento Sin embargo en la realidad muchos
materiales presentan diferentes coeficientes de endurecimiento por lo que seguacuten el tipo
de comportamiento la metodologiacutea de indentacioacuten captura mejor el comportamiento
uniaxial a bajas deformaciones (cerca del liacutemite elaacutestico) o en otros casos a
deformaciones mayores desajustaacutendose entonces la prediccioacuten del liacutemite elaacutestico
Por otra parte en materiales con tendencia a desarrollar apilamiento la friccioacuten entre el
indentador y el material indentado puede tener un efecto considerable en los valores
experimentales de dureza En el caso de las aleaciones de titanio objeto del presente
estudio la combinacioacuten de liacutemites elaacutesticos elevados junto a coeficientes de
endurecimiento por deformacioacuten muy bajos da lugar a deformaciones superficiales no
muy acusadas pero que a pesar de eso pueden verse afectadas de forma apreciable por
la friccioacuten La valoracioacuten del efecto de la friccioacuten entre el indentador y el material
11
aporta una prediccioacuten maacutes precisa de las propiedades mecaacutenicas ya que la friccioacuten entre
las caras del indentador distorsiona la deformacioacuten superficial y por tanto el valor de
dureza obtenido Tal como se muestra en la Tabla III los nuevos valores de propiedades
mecaacutenicas obtenidos con este meacutetodo iterativo son maacutes cercanos a aquellos medidos
experimentalmente
4 CONCLUSIONES
La metodologiacutea de indentacioacuten utilizada para evaluar las propiedades uniaxiales de
uniones soldadas por friccioacuten lineal de aleaciones de titanio solicitadas a traccioacuten
supone una herramienta muy uacutetil ya que muestra una correspondencia razonable entre
los resultados numeacutericos y los experimentales
Agradecimientos
Los autores agradecen al Dr Olaf Roder de la empresa MTU Aero Engines y a The
Welding Institute por el suministro del material que ha sido utilizado en este proyecto
A la Comunidad Europea por la financiacioacuten del proyecto DUTIFRISK ref G4RD-CT-
2001-00631 y al Ministerio de Educacioacuten y Ciencia por el proyecto MAT03-01685 A
la Dra M Marsal y al Dr JM Manero por la colaboracioacuten prestada en el estudio por
microscopiacutea electroacutenica
12
5 REFERENCIAS
[1] WA Baeslack III DW Becker y FH Froes J Metals (1984) 47-58 [2] P F Mendez y T W Eagar Adv Mater amp Proc 159 5 (2001) 39-43 [3] L Drsquo Alvise E Massoni y SJ Walloe J Mater Process Tech 125-126 (2002) 387-391 [4] A Varis y M Frost Wear 217 (1998)117-131 [5] A Varis y M Frost Mat Sci Eng A292 (2000) 8-17 [6] M Mata y J Alcalaacute J Mater Res18 (2003) 1705-1709 [7] M Garrido AJ Loacutepez J Rodriacuteguez Rev Metal Madrid 40 (2004) 380-383 [8] M Mata y J Alcalaacute J Mech Phys Solids 52 (2004) 145-165 [9] P Tariacuten Rev Metal Madrid 26 (1990) 395-409 [10] S Daquian R Zhenan Z Zhenfeng T North Z Yang y S Sathian J Mater Sci Tech Vol 16 No 1 (2000) 59-62 [11] T Mohandas D Banerjee y VV Kutumba Rao Mater Sci Eng A289 (2000) 70-82 [12] A Wisbey IC Wallis HS Ubhi P Sketchley CM Ward-Close y PL ThreadgillWA Proc Titaniumrsquo99 vol 3 Saint-Petersburg Russia 1999 IV Gorynin SS Ushkov (Eds) pp 1718-1725
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Fig 1 Paraacutemetros para la evaluacioacuten de la deformacioacuten en torno a la indentacioacuten
Fig 1 Parameters for evaluation of the deformation around the indentation
P
h hs
P
h hs
14
Fig 2 Microestructura de la aleacioacuten Ti-6246 metalografiacutea mediante MEB
Fig 2 Microstructure of Ti-6246 alloy scanning electron micrograph
15
(a)
(b)
Fig 3 Microestructura mediante MEB de las aleaciones correspondientes a los aacutelabes
(a) Ti-64 (b) Ti-6242
Fig 3 SEM micrographs of blade titanium alloys microstructure
(a) Ti-64 (b) Ti-6242
16
Fig 4 Macrografiacutea de la unioacuten soldada Ti-6246 + Ti-64
Fig 4 Macrograph of the cross section of welded joint Ti-6246+Ti-64
17
Fig 5 Micrografiacutea de la unioacuten soldada Ti-6246+Ti-6242
Fig 5 Micrographs of the cross section of welded joint Ti-6246+Ti-6242
Ti-6246 Ti-6242
18
Fig 6 Perfil de durezas en la soldadura Ti-6246 + Ti-64
Fig 6 Hardness distribution for the weld Ti-6246 + Ti-64
-6 -4 -2 2 4 6
30
35
40
45
50
Ti-64Ti-6246D
ure
za(H
) G
Pa
Distancia (mm)
19
Fig 7 Evolucioacuten de la dureza a lo largo de la ZAT de la unioacuten Ti-6246 +Ti-64
Fig 7 Hardness evolution across the HAZ for joint Ti-6246 +Ti-64
-600 -400 -200 200 400 600
35
40
45
50
Ti-64Ti-6246
D
ure
za (
H)
GP
a
Distancia a la unioacuten (m)
20
Fig 8 Evolucioacuten de la dureza a lo largo de la ZAT de la unioacuten Ti-6246 +Ti-6242
Fig 8 Evolution of hardness in the HAZ for joint Ti-6246 +Ti-6242
-600 -400 -200 200 400 600
35
40
45
50
Ti-6242Ti-6246
Dur
eza
(H
) G
Pa
Distancia a la unioacuten (m)
21
Fig 9 Curvas esfuerzo-deformacioacuten experimental y numeacuterica para la aleacioacuten Ti-64
Fig 9 StressndashStrain plot showing the comparison between experimental and numerical
results for alloy Ti-64
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
0 002 004 006 008 01
Deformacioacuten real
Te
ns
ioacuten
re
al
(MP
a)
Curva real
Indentacion
22
Tabla I Propiedades mecaacutenicas estimadas mediante indentacioacuten
Table I Estimation of mechanical properties by indentation methodology
Disco
Ti-6246
Aacutelabe
Unioacuten
Ti-64 Ti-6242 Ti-6246 + Ti-64 Ti-6246 + Ti-64
ys (MPa) 1317 1079 1147 1968 1907
n 007 011 009 003 003
23
Tabla II Resultados experimentales de los ensayos de traccioacuten de uniones y metales
base
Table II Experimental results from tensile test of welds and base metals
Liacutemite Elaacutestico ys (MPa)
Resist MaacuteximaRm (MPa)
Elongacioacuten()
Zona de Rotura
Ti-6246 +
Ti-6242
1026
1093
12
Metal base Ti-6242
ys = 1037 Rm = 1100
Ti-6246 +
Ti64
986
1032
14
Metal base Ti-64
ys = 982 Rm = 1020
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Tabla III Comparacioacuten de propiedades mecaacutenicas uniaxiales para la aleacioacuten Ti-64
Table III Correlation between uniaxial mechanical properties for alloy Ti-64
Resultados
Experimentales
Metodologiacutea de
indentacioacuten
Metodologiacutea de indentacioacuten corregida
por friccioacuten
ys (MPa) 982 1074 996
n 006 010 008
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RELACIOacuteN PIE DE FIGURAS
Fig 1 Paraacutemetros para la evaluacioacuten de la deformacioacuten en torno a la indentacioacuten
Fig 1 Parameters for evaluation of the deformation around the indentation
Fig 2 Microestructura de la aleacioacuten Ti-6246 metalografiacutea mediante MEB
Fig 2 Microstructure of Ti-6246 alloy scanning electron micrograph
Fig 3 Microestructura mediante MEB de las aleaciones correspondientes a los aacutelabes (a) Ti-64 (b) Ti-6242
Fig 3 SEM micrographs of blade titanium alloys microstructure
(a) Ti-64 (b) Ti-6242
Fig 4 Macrografiacutea de la unioacuten soldada Ti-6246 + Ti-64
Fig 4 Macrograph of the cross section of welded joint Ti-6246+Ti-64
Fig 5 Micrografiacutea de la unioacuten soldada Ti-6246+Ti-6242
Fig 5 Micrographs of the cross section of welded joint Ti-6246+Ti-6242
Fig 6 Perfil de durezas en la soldadura Ti-6246 + Ti-64
Fig 6 Hardness distribution for the weld Ti-6246 + Ti-64
Fig 7 Evolucioacuten de la dureza a lo largo de la ZAT de la unioacuten Ti-6246 +Ti-64
Fig 7 Hardness evolution across the HAZ for joint Ti-6246 +Ti-64
Fig 8 Evolucioacuten de la dureza a lo largo de la ZAT de la unioacuten Ti-6246 +Ti-6242
Fig 8 Evolution of hardness in the HAZ for joint Ti-6246 +Ti-6242
Fig 9 Curvas esfuerzo-deformacioacuten experimental y numeacuterica para la aleacioacuten Ti-64
Fig 9 StressndashStrain plot showing the comparison between experimental and numerical results for alloy Ti-64
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RELACIOacuteN DE TABLAS
Tabla I Propiedades mecaacutenicas estimadas mediante indentacioacuten
Table I Estimation of mechanical properties by indentation methodology
Tabla II Resultados experimentales de los ensayos de traccioacuten de uniones y metales
base
Table II Experimental results from tensile test of welds and base metals
Tabla III Comparacioacuten de propiedades mecaacutenicas uniaxiales para la aleacioacuten Ti-64
Table III Correlation between uniaxial mechanical properties for alloy Ti-64
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Resumen Este artiacuteculo presenta los resultados de un proyecto cuyo objetivo es evaluar la integridad estructural de soldaduras por friccioacuten lineal entre diferentes aleaciones de titanio de aplicacioacuten aeronaacuteutica Concretamente se han estudiado dos uniones Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo con Ti-6Al-4V y Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo con Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo El liacutemite elaacutestico y el coeficiente de endurecimiento por deformacioacuten de las uniones soldadas y del metal base son inferidos mediante una novedosa metodologiacutea de indentacioacuten En los metales base los resultados experimentales de indentacioacuten son confrontados con los obtenidos mediante ensayos convencionales de traccioacuten Las variaciones en propiedades mecaacutenicas sugieren que la fina microestructura en la zona afectada teacutermicamente mejora las propiedades con respecto al metal base Palabras Clave aleaciones de titanio blisk soldadura por friccioacuten indentacioacuten zona afectada
teacutermicamente (ZAT)
Abstract This article shows the results of a project that focuses on the characterization of the weld interface region of dissimilar joints between titanium alloys for aeronautical applications specifically Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo with Ti-6Al-4V and Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo with Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo The uniaxial flow stress and hardening response of the material containing the weld were analyzed following the finite elements simulations and mathematical formulations to correlate hardness and the amount of pile-up and sinking-in phenomena around sharp indenters with uniaxial mechanical properties This allows to accurately stablishing the influence that welding process has on the mechanical response of the parts Tests performed on these friction-welded specimens showed that the fine grained microstructures in the welds exhibited better properties than the base materials Keywords titanium alloys blisk linear friction welding indentation experiments heat
affected zone (HAZ)
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1 INTRODUCCIOacuteN
La soldadura por friccioacuten es un proceso en estado soacutelido que permite unir materiales
siacutemiles y disiacutemiles mediante el contacto de una interfase que ha plastificado Bajo
condiciones normales la temperatura maacutexima en la unioacuten queda justo por debajo del
punto de fusioacuten con lo cual los defectos de soldadura comuacutenmente asociados a los
fenoacutemenos de fusioacuten y solidificacioacuten no ocurren pudiendo obtenerse uniones soldadas
con mejores propiedades que los metales base[1]
La teacutecnica de soldadura por friccioacuten lineal es relativamente reciente y permite extender
las aplicaciones de la claacutesica soldadura por friccioacuten rotativa a componentes no
axisimeacutetricos Asiacute en la actualidad este proceso de soldadura es considerado como una
alternativa de fabricacioacuten y reparacioacuten de componentes en los motores de turbina[2]
Normalmente las turbinas se construyen mediante la unioacuten mecaacutenica de los aacutelabes al
disco Sin embargo con este nuevo meacutetodo de produccioacuten se puede obtener un uacutenico
componente denominado blisk (blade + disk) con un peso notablemente menor lo que
resulta favorable para su aplicacioacuten en la industria aeronaacuteutica
Un detalle caracteriacutestico de las piezas soldadas por friccioacuten lineal es la presencia de una
rebaba llamada ldquoflashrdquo formada por material que ha sido expulsado debido a la
presioacuten ya que la unioacuten entre los metales se logra a traveacutes de un efecto combinado entre
fuerza de forja y el movimiento relativo de las piezas[3] Frecuencia y amplitud de
oscilacioacuten junto con las fuerzas de forja y de friccioacuten son los principales paraacutemetros
del proceso y condicionan las propiedades mecaacutenicas de las uniones producidas[4]
En consecuencia encontrar un rango de paraacutemetros oacuteptimo para cada caso concreto es
de gran importancia praacutectica
4
La optimizacioacuten de los paraacutemetros del proceso de soldadura por friccioacuten lineal y la
prediccioacuten de las variaciones de temperatura en el proceso han sido en los uacuteltimos antildeos
objeto de estudio debido a su complejidad[5] En virtud de lo anterior el objetivo de este
trabajo fue aplicar una nueva metodologiacutea que se basa en teacutecnicas de modelizacioacuten por
elementos finitos a fin de obtener correlaciones entre la dureza y propiedades
mecaacutenicas tales como el liacutemite elaacutestico el moacutedulo de Young y el coeficiente de
endurecimiento por deformacioacuten[67] La evolucioacuten de dichas propiedades es analizada en
funcioacuten de los cambios microestructurales en la zona afectada teacutermicamente (ZAT) de
uniones realizadas en aleaciones de titanio
2 PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
21 Materiales
La aleacioacuten seleccionada para la fabricacioacuten del disco fue Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo (Ti-
6246) Fue colada en forma de disco (400 mm x 50 mm) y posteriormente forjada en
la regioacuten (-transus de 945 ordmC) A continuacioacuten se sometioacute a un recocido a 900 ordmC
durante 1 hora enfriamiento a 50 ordmCmin y por uacuteltimo se efectuoacute un envejecimiento a
585 ordmC durante 8 horas Las aleaciones utilizadas como aacutelabes fueron la Ti-6Al-4V (Ti-
64) y Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo (Ti-6242) forjadas en con un recocido posterior a 950-
960 ordmC 2 horas Mientras que la Ti-64 fue envejecida a 700 ordmC 2 horas la Ti-6242 lo
fue a 595 ordmC 8 horas
Las soldaduras por friccioacuten lineal fueron efectuadas por TWI (The Welding Institute)
Todas las uniones fueron sometidas a un tratamiento de alivio de tensiones en vaciacuteo o
en atmoacutesfera controlada de argoacuten
5
Un aspecto a destacar de estas uniones es la reducida extensioacuten de la ZAT La
exposicioacuten a temperaturas elevadas y altas velocidades de enfriamiento conlleva la
presencia de acusadas variaciones microestructurales a lo largo de esta reducida ZAT
La variacioacuten microestructural fue observada mediante Microscopiacutea Electroacutenica de
Barrido (MEB) mientras que para caracterizar la ZAT se extrajeron laacuteminas delgadas
para Microscopiacutea Electroacutenica de Transmisioacuten (MET) en una seccioacuten transversal de la
unioacuten
22 Metodologiacutea de ensayos de indentacioacuten y modelizacioacuten por elementos finitos
Para estudiar la variacioacuten de las propiedades mecaacutenicas en funcioacuten de la distancia a la
unioacuten se llevaron a cabo ensayos de indentacioacuten Vickers con un duroacutemetro Frank 532 a
una carga maacutexima de 10 Kg en el metal base y con un microindentador Akashi a una
carga 1 Kg en la ZAT El valor de la carga maacutexima aplicada permite asegurar que el
ensayo se realiza en el rango de indentacioacuten en que la dureza se mantiene constante para
cualquier profundidad de penetracioacuten Este valor de carga hace que la huella cubra una
amplia zona del material donde existen suficientes granos como para asegurar que se
mide la dureza de un soacutelido continuo
Se utilizoacute la metodologiacutea descrita en la referencia [6] a fin de obtener el liacutemite elaacutestico
ys y el coeficiente de endurecimiento por deformacioacuten n a partir de ensayos de
indentacioacuten Ademaacutes de la dureza un paraacutemetro indispensable en esta caracterizacioacuten es
la distribucioacuten de la deformacioacuten plaacutestica existente en la superficie del material pues
condiciona el aacuterea de contacto teoacuterica La deformacioacuten puede ser de dos tipos los
materiales que exhiben un n bajo desarrollan apilamiento (pile-up) alrededor de la
superficie de contacto mientras que aquellos con un elevado valor de n presentan
hundimiento (sink-in) Este efecto se introduce en el anaacutelisis a traveacutes del paraacutemetro
6
definido como el cuadrado del cociente entre la distancia vertical desde el fondo de la
huella al material situado en el liacutemite de la zona de contacto (hs) y el maacuteximo
desplazamiento (h) tal y como se describe en la figura 1
La simulacioacuten del proceso por elementos finitos proporciona una relacioacuten entre ys y
n para un material que responda a una ley
nK (1)
En particular en el caso de las aleaciones de titanio estudiadas se establecioacute que los
lados de las huellas de indentacioacuten eran relativamente rectos con lo que se optoacute por
considerar que no experimentaban efectos de apilamiento ni de hundimiento en la
periferia del contacto De esta forma se fijoacute = 1 y con la dureza medida
experimentalmente (H) se calculoacute la tensioacuten caracteriacutestica o representativa r del
material mediante la foacutermula (2)
926121968368170064700230
234
rrrrr
ELn
ELn
ELn
ELn
H
(2)
Dicha tensioacuten r es la que corresponde a una deformacioacuten de 01[6]
A partir del valor de y de r se aplicoacute la ecuacioacuten propuesta a fin de evaluar el
coeficiente n que estaacute expresado en la ecuacioacuten (3)
DE
r
eBA
(3)
014260059260400380353590
4790007328690678927
81480047817180677608
23
23
23
nnnD
nnnB
nnnA
En los caacutelculos descritos se asumioacute un valor del moacutedulo de Young E de 110 GPa de
acuerdo al valor esperado en aleaciones de titanio El liacutemite elaacutestico (ys) que
caracteriza por completo la respuesta uniaxial del material se puede evaluar a partir de
7
la ecuacioacuten constitutiva ecuacioacuten (1) una vez conocidos el coeficiente de
endurecimiento el moacutedulo de Young y la tensioacuten representativa r Operando con dicha
ecuacioacuten y asumiendo continuidad entre la zona elaacutestica y la zona plaacutestica de la curva
uniaxial se llega a la siguiente expresioacuten
)1()1(1 )10( nnnrys E (4)
Finalmente se utilizoacute la metodologiacutea descrita en [8] a fin de establecer la influencia del
coeficiente de friccioacuten sobre las propiedades obtenidas anteriormente Para ello se
empleoacute el meacutetodo iterativo propuesto en ese trabajo que permite extraer los valores de
dureza Ho y o que se esperariacutean si el material hubiese sido sometido a indentacioacuten sin
friccioacuten
23 Ensayos de traccioacuten
Los ensayos de traccioacuten se llevaron a cabo en una maacutequina universal a una velocidad de
desplazamiento de 2 mmmin Se mecanizaron probetas planas a partir del bloque
soldado el cual media 15 x 36 mm y 60 mm de longitud El liacutemite elaacutestico la
resistencia maacutexima y la deformacioacuten a rotura se calcularon a partir de las curvas
esfuerzo-deformacioacuten reales
3 RESULTADOS Y DISCUSIOacuteN
31 Caracterizacioacuten microscoacutepica de la unioacuten
En las figuras 2 y 3 pueden observase las microestructuras de los metales base
caracterizadas mediante MEB De acuerdo con la metalurgia del titanio[9] y como
resultado de la forja en la regioacuten de la aleacioacuten Ti-6246 se produce una
8
microestructura con grandes granos de fase En el enfriamiento desde la regioacuten se
forman agujas de y tambieacuten precipita fase discontinua a lo largo de los liacutemites de
grano (Fig 2) Durante el envejecimiento aparece una gran cantidad de placas finas de
secundaria
La microestructura de las aleaciones Ti-64 y Ti-6242 tiene una distribucioacuten bi-modal de
noacutedulos de fase -primaria y colonias tipo Windmanstaumltten de (Fig 3) Para el Ti-
64 los noacutedulos de -primaria tienen un tamantildeo medio de 20 m y suponen una fraccioacuten
en volumen de aproximadamente 45 (Fig 3a) Esta fase se encuentra en mayor
proporcioacuten (asymp 60) en el Ti-6242 (Fig 3b)
Los factores que permiten evaluar la integridad de una unioacuten por friccioacuten lineal son tipo
y espesor de ldquoflashrdquo presencia de defectos extensioacuten de la ZAT y cambios
microestructurales a lo largo de la misma siendo en los dos uacuteltimos aspectos en los que
se centra el intereacutes de este estudio
El tamantildeo de la ZAT evaluada a partir de la observacioacuten de cambios microestructurales
con respecto a los materiales base es similar en las dos uniones con un valor de
127 mm para el Ti-64 y 152 mm para el Ti-6242 Es preciso especificar que dichas
mediciones fueron hechas a un tercio del espesor de la probeta puesto que en las zonas
proacuteximas a los bordes se produce un notable ensanchamiento tal y como se aprecia en
la figura 4
La figura 5 muestra la micrografiacutea de la seccioacuten transversal en una unioacuten soldada entre
Ti-6246 y Ti-6242 Siguiendo la misma notacioacuten utilizada en trabajos previos[10] se
pueden distinguir tres regiones diferentes regioacuten de transformacioacuten de fase regioacuten con
deformacioacuten (en la que se observa claramente la fase -primaria alargada por efecto de
la friccioacuten) y regioacuten de metal base sin cambios
9
32 Propiedades Mecaacutenicas
321 Ensayos de dureza
La figura 6 recoge los valores obtenidos en una unioacuten Ti-6246Ti-64 en una liacutenea de
medicioacuten que abarca los dos metales base asiacute como la parte central de la ZAT Para la
otra unioacuten el perfil es muy similar De estos perfiles se deduce que la extensioacuten de la
ZAT es mayor a la medida realizada considerando los cambios microestructurales
cuyos valores se dieron en el apartado 31 Por ejemplo para la unioacuten mostrada en la
figura 6 el perfil de durezas muestra que la ZAT alcanza un valor aproximado de 2 mm
con 1 mm a cada lado de la liacutenea de unioacuten
Puede apreciarse el crecimiento de la dureza en la ZAT siendo maacutes pronunciado y
uniforme en el lado que corresponde a la aleacioacuten Ti-6246 La evolucioacuten de las durezas
en la zona central de la unioacuten se muestra con maacutes detalle en las figuras 7 y 8 En
general los mayores valores de dureza se presentan en la zona de transformacioacuten y
decrecen con la distancia desde la interfase hacia los extremos Para el caso de la ZAT
en los metales base con microestructura bi-modal (Ti-64 y Ti-6242) esta disminucioacuten
es contundente mientras que el Ti-6246 presenta un perfil de dureza maacutes homogeacuteneo
En la tabla I se indican los valores de las propiedades mecaacutenicas (ys y n) estimados a
partir de los datos experimentales obtenidos con las indentaciones tanto en los metales
base como en la unioacuten Como era de esperar los altos valores de dureza en la unioacuten se
traducen en una prediccioacuten de un liacutemite elaacutestico muy elevado
322 Ensayos de traccioacuten
De cada unioacuten se extrajeron dos probetas con su eje principal orientado
transversalmente a la soldadura A partir de los resultados estimados para las estructuras
10
bimodal y laminar (Tabla I) se podiacutea deducir que la rotura tendriacutea lugar en la primera
ya que presenta un menor ys y un n similar Esta prediccioacuten se confirmoacute con los
ensayos de traccioacuten La Tabla II presenta las tensiones de rotura de las uniones las
cuales se situaron entre 1030 y 1090 MPa valores bastante proacuteximos a los de los
metales base por los que se produjo la fractura tambieacuten incorporados en la misma tabla
Estos resultados son consistentes con los obtenidos por Mohandas et al[11] y Wisbey et
al[12] en aleaciones de titanio en las que la unioacuten superaba las propiedades del
metal base
Con objeto de comprobar el grado de ajuste entre datos experimentales y las
estimaciones de la metodologiacutea de indentacioacuten se compararon la curva esfuerzo-
deformacioacuten obtenida en un ensayo de traccioacuten en la aleacioacuten Ti-64 y la trazada con las
modelizaciones por elementos finitos (Fig 9) Como se puede observar la metodologiacutea
de indentacioacuten asume siempre un comportamiento potencial perfecto con un valor
constante del coeficiente de endurecimiento Sin embargo en la realidad muchos
materiales presentan diferentes coeficientes de endurecimiento por lo que seguacuten el tipo
de comportamiento la metodologiacutea de indentacioacuten captura mejor el comportamiento
uniaxial a bajas deformaciones (cerca del liacutemite elaacutestico) o en otros casos a
deformaciones mayores desajustaacutendose entonces la prediccioacuten del liacutemite elaacutestico
Por otra parte en materiales con tendencia a desarrollar apilamiento la friccioacuten entre el
indentador y el material indentado puede tener un efecto considerable en los valores
experimentales de dureza En el caso de las aleaciones de titanio objeto del presente
estudio la combinacioacuten de liacutemites elaacutesticos elevados junto a coeficientes de
endurecimiento por deformacioacuten muy bajos da lugar a deformaciones superficiales no
muy acusadas pero que a pesar de eso pueden verse afectadas de forma apreciable por
la friccioacuten La valoracioacuten del efecto de la friccioacuten entre el indentador y el material
11
aporta una prediccioacuten maacutes precisa de las propiedades mecaacutenicas ya que la friccioacuten entre
las caras del indentador distorsiona la deformacioacuten superficial y por tanto el valor de
dureza obtenido Tal como se muestra en la Tabla III los nuevos valores de propiedades
mecaacutenicas obtenidos con este meacutetodo iterativo son maacutes cercanos a aquellos medidos
experimentalmente
4 CONCLUSIONES
La metodologiacutea de indentacioacuten utilizada para evaluar las propiedades uniaxiales de
uniones soldadas por friccioacuten lineal de aleaciones de titanio solicitadas a traccioacuten
supone una herramienta muy uacutetil ya que muestra una correspondencia razonable entre
los resultados numeacutericos y los experimentales
Agradecimientos
Los autores agradecen al Dr Olaf Roder de la empresa MTU Aero Engines y a The
Welding Institute por el suministro del material que ha sido utilizado en este proyecto
A la Comunidad Europea por la financiacioacuten del proyecto DUTIFRISK ref G4RD-CT-
2001-00631 y al Ministerio de Educacioacuten y Ciencia por el proyecto MAT03-01685 A
la Dra M Marsal y al Dr JM Manero por la colaboracioacuten prestada en el estudio por
microscopiacutea electroacutenica
12
5 REFERENCIAS
[1] WA Baeslack III DW Becker y FH Froes J Metals (1984) 47-58 [2] P F Mendez y T W Eagar Adv Mater amp Proc 159 5 (2001) 39-43 [3] L Drsquo Alvise E Massoni y SJ Walloe J Mater Process Tech 125-126 (2002) 387-391 [4] A Varis y M Frost Wear 217 (1998)117-131 [5] A Varis y M Frost Mat Sci Eng A292 (2000) 8-17 [6] M Mata y J Alcalaacute J Mater Res18 (2003) 1705-1709 [7] M Garrido AJ Loacutepez J Rodriacuteguez Rev Metal Madrid 40 (2004) 380-383 [8] M Mata y J Alcalaacute J Mech Phys Solids 52 (2004) 145-165 [9] P Tariacuten Rev Metal Madrid 26 (1990) 395-409 [10] S Daquian R Zhenan Z Zhenfeng T North Z Yang y S Sathian J Mater Sci Tech Vol 16 No 1 (2000) 59-62 [11] T Mohandas D Banerjee y VV Kutumba Rao Mater Sci Eng A289 (2000) 70-82 [12] A Wisbey IC Wallis HS Ubhi P Sketchley CM Ward-Close y PL ThreadgillWA Proc Titaniumrsquo99 vol 3 Saint-Petersburg Russia 1999 IV Gorynin SS Ushkov (Eds) pp 1718-1725
13
Fig 1 Paraacutemetros para la evaluacioacuten de la deformacioacuten en torno a la indentacioacuten
Fig 1 Parameters for evaluation of the deformation around the indentation
P
h hs
P
h hs
14
Fig 2 Microestructura de la aleacioacuten Ti-6246 metalografiacutea mediante MEB
Fig 2 Microstructure of Ti-6246 alloy scanning electron micrograph
15
(a)
(b)
Fig 3 Microestructura mediante MEB de las aleaciones correspondientes a los aacutelabes
(a) Ti-64 (b) Ti-6242
Fig 3 SEM micrographs of blade titanium alloys microstructure
(a) Ti-64 (b) Ti-6242
16
Fig 4 Macrografiacutea de la unioacuten soldada Ti-6246 + Ti-64
Fig 4 Macrograph of the cross section of welded joint Ti-6246+Ti-64
17
Fig 5 Micrografiacutea de la unioacuten soldada Ti-6246+Ti-6242
Fig 5 Micrographs of the cross section of welded joint Ti-6246+Ti-6242
Ti-6246 Ti-6242
18
Fig 6 Perfil de durezas en la soldadura Ti-6246 + Ti-64
Fig 6 Hardness distribution for the weld Ti-6246 + Ti-64
-6 -4 -2 2 4 6
30
35
40
45
50
Ti-64Ti-6246D
ure
za(H
) G
Pa
Distancia (mm)
19
Fig 7 Evolucioacuten de la dureza a lo largo de la ZAT de la unioacuten Ti-6246 +Ti-64
Fig 7 Hardness evolution across the HAZ for joint Ti-6246 +Ti-64
-600 -400 -200 200 400 600
35
40
45
50
Ti-64Ti-6246
D
ure
za (
H)
GP
a
Distancia a la unioacuten (m)
20
Fig 8 Evolucioacuten de la dureza a lo largo de la ZAT de la unioacuten Ti-6246 +Ti-6242
Fig 8 Evolution of hardness in the HAZ for joint Ti-6246 +Ti-6242
-600 -400 -200 200 400 600
35
40
45
50
Ti-6242Ti-6246
Dur
eza
(H
) G
Pa
Distancia a la unioacuten (m)
21
Fig 9 Curvas esfuerzo-deformacioacuten experimental y numeacuterica para la aleacioacuten Ti-64
Fig 9 StressndashStrain plot showing the comparison between experimental and numerical
results for alloy Ti-64
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
0 002 004 006 008 01
Deformacioacuten real
Te
ns
ioacuten
re
al
(MP
a)
Curva real
Indentacion
22
Tabla I Propiedades mecaacutenicas estimadas mediante indentacioacuten
Table I Estimation of mechanical properties by indentation methodology
Disco
Ti-6246
Aacutelabe
Unioacuten
Ti-64 Ti-6242 Ti-6246 + Ti-64 Ti-6246 + Ti-64
ys (MPa) 1317 1079 1147 1968 1907
n 007 011 009 003 003
23
Tabla II Resultados experimentales de los ensayos de traccioacuten de uniones y metales
base
Table II Experimental results from tensile test of welds and base metals
Liacutemite Elaacutestico ys (MPa)
Resist MaacuteximaRm (MPa)
Elongacioacuten()
Zona de Rotura
Ti-6246 +
Ti-6242
1026
1093
12
Metal base Ti-6242
ys = 1037 Rm = 1100
Ti-6246 +
Ti64
986
1032
14
Metal base Ti-64
ys = 982 Rm = 1020
24
Tabla III Comparacioacuten de propiedades mecaacutenicas uniaxiales para la aleacioacuten Ti-64
Table III Correlation between uniaxial mechanical properties for alloy Ti-64
Resultados
Experimentales
Metodologiacutea de
indentacioacuten
Metodologiacutea de indentacioacuten corregida
por friccioacuten
ys (MPa) 982 1074 996
n 006 010 008
25
RELACIOacuteN PIE DE FIGURAS
Fig 1 Paraacutemetros para la evaluacioacuten de la deformacioacuten en torno a la indentacioacuten
Fig 1 Parameters for evaluation of the deformation around the indentation
Fig 2 Microestructura de la aleacioacuten Ti-6246 metalografiacutea mediante MEB
Fig 2 Microstructure of Ti-6246 alloy scanning electron micrograph
Fig 3 Microestructura mediante MEB de las aleaciones correspondientes a los aacutelabes (a) Ti-64 (b) Ti-6242
Fig 3 SEM micrographs of blade titanium alloys microstructure
(a) Ti-64 (b) Ti-6242
Fig 4 Macrografiacutea de la unioacuten soldada Ti-6246 + Ti-64
Fig 4 Macrograph of the cross section of welded joint Ti-6246+Ti-64
Fig 5 Micrografiacutea de la unioacuten soldada Ti-6246+Ti-6242
Fig 5 Micrographs of the cross section of welded joint Ti-6246+Ti-6242
Fig 6 Perfil de durezas en la soldadura Ti-6246 + Ti-64
Fig 6 Hardness distribution for the weld Ti-6246 + Ti-64
Fig 7 Evolucioacuten de la dureza a lo largo de la ZAT de la unioacuten Ti-6246 +Ti-64
Fig 7 Hardness evolution across the HAZ for joint Ti-6246 +Ti-64
Fig 8 Evolucioacuten de la dureza a lo largo de la ZAT de la unioacuten Ti-6246 +Ti-6242
Fig 8 Evolution of hardness in the HAZ for joint Ti-6246 +Ti-6242
Fig 9 Curvas esfuerzo-deformacioacuten experimental y numeacuterica para la aleacioacuten Ti-64
Fig 9 StressndashStrain plot showing the comparison between experimental and numerical results for alloy Ti-64
26
RELACIOacuteN DE TABLAS
Tabla I Propiedades mecaacutenicas estimadas mediante indentacioacuten
Table I Estimation of mechanical properties by indentation methodology
Tabla II Resultados experimentales de los ensayos de traccioacuten de uniones y metales
base
Table II Experimental results from tensile test of welds and base metals
Tabla III Comparacioacuten de propiedades mecaacutenicas uniaxiales para la aleacioacuten Ti-64
Table III Correlation between uniaxial mechanical properties for alloy Ti-64
3
1 INTRODUCCIOacuteN
La soldadura por friccioacuten es un proceso en estado soacutelido que permite unir materiales
siacutemiles y disiacutemiles mediante el contacto de una interfase que ha plastificado Bajo
condiciones normales la temperatura maacutexima en la unioacuten queda justo por debajo del
punto de fusioacuten con lo cual los defectos de soldadura comuacutenmente asociados a los
fenoacutemenos de fusioacuten y solidificacioacuten no ocurren pudiendo obtenerse uniones soldadas
con mejores propiedades que los metales base[1]
La teacutecnica de soldadura por friccioacuten lineal es relativamente reciente y permite extender
las aplicaciones de la claacutesica soldadura por friccioacuten rotativa a componentes no
axisimeacutetricos Asiacute en la actualidad este proceso de soldadura es considerado como una
alternativa de fabricacioacuten y reparacioacuten de componentes en los motores de turbina[2]
Normalmente las turbinas se construyen mediante la unioacuten mecaacutenica de los aacutelabes al
disco Sin embargo con este nuevo meacutetodo de produccioacuten se puede obtener un uacutenico
componente denominado blisk (blade + disk) con un peso notablemente menor lo que
resulta favorable para su aplicacioacuten en la industria aeronaacuteutica
Un detalle caracteriacutestico de las piezas soldadas por friccioacuten lineal es la presencia de una
rebaba llamada ldquoflashrdquo formada por material que ha sido expulsado debido a la
presioacuten ya que la unioacuten entre los metales se logra a traveacutes de un efecto combinado entre
fuerza de forja y el movimiento relativo de las piezas[3] Frecuencia y amplitud de
oscilacioacuten junto con las fuerzas de forja y de friccioacuten son los principales paraacutemetros
del proceso y condicionan las propiedades mecaacutenicas de las uniones producidas[4]
En consecuencia encontrar un rango de paraacutemetros oacuteptimo para cada caso concreto es
de gran importancia praacutectica
4
La optimizacioacuten de los paraacutemetros del proceso de soldadura por friccioacuten lineal y la
prediccioacuten de las variaciones de temperatura en el proceso han sido en los uacuteltimos antildeos
objeto de estudio debido a su complejidad[5] En virtud de lo anterior el objetivo de este
trabajo fue aplicar una nueva metodologiacutea que se basa en teacutecnicas de modelizacioacuten por
elementos finitos a fin de obtener correlaciones entre la dureza y propiedades
mecaacutenicas tales como el liacutemite elaacutestico el moacutedulo de Young y el coeficiente de
endurecimiento por deformacioacuten[67] La evolucioacuten de dichas propiedades es analizada en
funcioacuten de los cambios microestructurales en la zona afectada teacutermicamente (ZAT) de
uniones realizadas en aleaciones de titanio
2 PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
21 Materiales
La aleacioacuten seleccionada para la fabricacioacuten del disco fue Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo (Ti-
6246) Fue colada en forma de disco (400 mm x 50 mm) y posteriormente forjada en
la regioacuten (-transus de 945 ordmC) A continuacioacuten se sometioacute a un recocido a 900 ordmC
durante 1 hora enfriamiento a 50 ordmCmin y por uacuteltimo se efectuoacute un envejecimiento a
585 ordmC durante 8 horas Las aleaciones utilizadas como aacutelabes fueron la Ti-6Al-4V (Ti-
64) y Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo (Ti-6242) forjadas en con un recocido posterior a 950-
960 ordmC 2 horas Mientras que la Ti-64 fue envejecida a 700 ordmC 2 horas la Ti-6242 lo
fue a 595 ordmC 8 horas
Las soldaduras por friccioacuten lineal fueron efectuadas por TWI (The Welding Institute)
Todas las uniones fueron sometidas a un tratamiento de alivio de tensiones en vaciacuteo o
en atmoacutesfera controlada de argoacuten
5
Un aspecto a destacar de estas uniones es la reducida extensioacuten de la ZAT La
exposicioacuten a temperaturas elevadas y altas velocidades de enfriamiento conlleva la
presencia de acusadas variaciones microestructurales a lo largo de esta reducida ZAT
La variacioacuten microestructural fue observada mediante Microscopiacutea Electroacutenica de
Barrido (MEB) mientras que para caracterizar la ZAT se extrajeron laacuteminas delgadas
para Microscopiacutea Electroacutenica de Transmisioacuten (MET) en una seccioacuten transversal de la
unioacuten
22 Metodologiacutea de ensayos de indentacioacuten y modelizacioacuten por elementos finitos
Para estudiar la variacioacuten de las propiedades mecaacutenicas en funcioacuten de la distancia a la
unioacuten se llevaron a cabo ensayos de indentacioacuten Vickers con un duroacutemetro Frank 532 a
una carga maacutexima de 10 Kg en el metal base y con un microindentador Akashi a una
carga 1 Kg en la ZAT El valor de la carga maacutexima aplicada permite asegurar que el
ensayo se realiza en el rango de indentacioacuten en que la dureza se mantiene constante para
cualquier profundidad de penetracioacuten Este valor de carga hace que la huella cubra una
amplia zona del material donde existen suficientes granos como para asegurar que se
mide la dureza de un soacutelido continuo
Se utilizoacute la metodologiacutea descrita en la referencia [6] a fin de obtener el liacutemite elaacutestico
ys y el coeficiente de endurecimiento por deformacioacuten n a partir de ensayos de
indentacioacuten Ademaacutes de la dureza un paraacutemetro indispensable en esta caracterizacioacuten es
la distribucioacuten de la deformacioacuten plaacutestica existente en la superficie del material pues
condiciona el aacuterea de contacto teoacuterica La deformacioacuten puede ser de dos tipos los
materiales que exhiben un n bajo desarrollan apilamiento (pile-up) alrededor de la
superficie de contacto mientras que aquellos con un elevado valor de n presentan
hundimiento (sink-in) Este efecto se introduce en el anaacutelisis a traveacutes del paraacutemetro
6
definido como el cuadrado del cociente entre la distancia vertical desde el fondo de la
huella al material situado en el liacutemite de la zona de contacto (hs) y el maacuteximo
desplazamiento (h) tal y como se describe en la figura 1
La simulacioacuten del proceso por elementos finitos proporciona una relacioacuten entre ys y
n para un material que responda a una ley
nK (1)
En particular en el caso de las aleaciones de titanio estudiadas se establecioacute que los
lados de las huellas de indentacioacuten eran relativamente rectos con lo que se optoacute por
considerar que no experimentaban efectos de apilamiento ni de hundimiento en la
periferia del contacto De esta forma se fijoacute = 1 y con la dureza medida
experimentalmente (H) se calculoacute la tensioacuten caracteriacutestica o representativa r del
material mediante la foacutermula (2)
926121968368170064700230
234
rrrrr
ELn
ELn
ELn
ELn
H
(2)
Dicha tensioacuten r es la que corresponde a una deformacioacuten de 01[6]
A partir del valor de y de r se aplicoacute la ecuacioacuten propuesta a fin de evaluar el
coeficiente n que estaacute expresado en la ecuacioacuten (3)
DE
r
eBA
(3)
014260059260400380353590
4790007328690678927
81480047817180677608
23
23
23
nnnD
nnnB
nnnA
En los caacutelculos descritos se asumioacute un valor del moacutedulo de Young E de 110 GPa de
acuerdo al valor esperado en aleaciones de titanio El liacutemite elaacutestico (ys) que
caracteriza por completo la respuesta uniaxial del material se puede evaluar a partir de
7
la ecuacioacuten constitutiva ecuacioacuten (1) una vez conocidos el coeficiente de
endurecimiento el moacutedulo de Young y la tensioacuten representativa r Operando con dicha
ecuacioacuten y asumiendo continuidad entre la zona elaacutestica y la zona plaacutestica de la curva
uniaxial se llega a la siguiente expresioacuten
)1()1(1 )10( nnnrys E (4)
Finalmente se utilizoacute la metodologiacutea descrita en [8] a fin de establecer la influencia del
coeficiente de friccioacuten sobre las propiedades obtenidas anteriormente Para ello se
empleoacute el meacutetodo iterativo propuesto en ese trabajo que permite extraer los valores de
dureza Ho y o que se esperariacutean si el material hubiese sido sometido a indentacioacuten sin
friccioacuten
23 Ensayos de traccioacuten
Los ensayos de traccioacuten se llevaron a cabo en una maacutequina universal a una velocidad de
desplazamiento de 2 mmmin Se mecanizaron probetas planas a partir del bloque
soldado el cual media 15 x 36 mm y 60 mm de longitud El liacutemite elaacutestico la
resistencia maacutexima y la deformacioacuten a rotura se calcularon a partir de las curvas
esfuerzo-deformacioacuten reales
3 RESULTADOS Y DISCUSIOacuteN
31 Caracterizacioacuten microscoacutepica de la unioacuten
En las figuras 2 y 3 pueden observase las microestructuras de los metales base
caracterizadas mediante MEB De acuerdo con la metalurgia del titanio[9] y como
resultado de la forja en la regioacuten de la aleacioacuten Ti-6246 se produce una
8
microestructura con grandes granos de fase En el enfriamiento desde la regioacuten se
forman agujas de y tambieacuten precipita fase discontinua a lo largo de los liacutemites de
grano (Fig 2) Durante el envejecimiento aparece una gran cantidad de placas finas de
secundaria
La microestructura de las aleaciones Ti-64 y Ti-6242 tiene una distribucioacuten bi-modal de
noacutedulos de fase -primaria y colonias tipo Windmanstaumltten de (Fig 3) Para el Ti-
64 los noacutedulos de -primaria tienen un tamantildeo medio de 20 m y suponen una fraccioacuten
en volumen de aproximadamente 45 (Fig 3a) Esta fase se encuentra en mayor
proporcioacuten (asymp 60) en el Ti-6242 (Fig 3b)
Los factores que permiten evaluar la integridad de una unioacuten por friccioacuten lineal son tipo
y espesor de ldquoflashrdquo presencia de defectos extensioacuten de la ZAT y cambios
microestructurales a lo largo de la misma siendo en los dos uacuteltimos aspectos en los que
se centra el intereacutes de este estudio
El tamantildeo de la ZAT evaluada a partir de la observacioacuten de cambios microestructurales
con respecto a los materiales base es similar en las dos uniones con un valor de
127 mm para el Ti-64 y 152 mm para el Ti-6242 Es preciso especificar que dichas
mediciones fueron hechas a un tercio del espesor de la probeta puesto que en las zonas
proacuteximas a los bordes se produce un notable ensanchamiento tal y como se aprecia en
la figura 4
La figura 5 muestra la micrografiacutea de la seccioacuten transversal en una unioacuten soldada entre
Ti-6246 y Ti-6242 Siguiendo la misma notacioacuten utilizada en trabajos previos[10] se
pueden distinguir tres regiones diferentes regioacuten de transformacioacuten de fase regioacuten con
deformacioacuten (en la que se observa claramente la fase -primaria alargada por efecto de
la friccioacuten) y regioacuten de metal base sin cambios
9
32 Propiedades Mecaacutenicas
321 Ensayos de dureza
La figura 6 recoge los valores obtenidos en una unioacuten Ti-6246Ti-64 en una liacutenea de
medicioacuten que abarca los dos metales base asiacute como la parte central de la ZAT Para la
otra unioacuten el perfil es muy similar De estos perfiles se deduce que la extensioacuten de la
ZAT es mayor a la medida realizada considerando los cambios microestructurales
cuyos valores se dieron en el apartado 31 Por ejemplo para la unioacuten mostrada en la
figura 6 el perfil de durezas muestra que la ZAT alcanza un valor aproximado de 2 mm
con 1 mm a cada lado de la liacutenea de unioacuten
Puede apreciarse el crecimiento de la dureza en la ZAT siendo maacutes pronunciado y
uniforme en el lado que corresponde a la aleacioacuten Ti-6246 La evolucioacuten de las durezas
en la zona central de la unioacuten se muestra con maacutes detalle en las figuras 7 y 8 En
general los mayores valores de dureza se presentan en la zona de transformacioacuten y
decrecen con la distancia desde la interfase hacia los extremos Para el caso de la ZAT
en los metales base con microestructura bi-modal (Ti-64 y Ti-6242) esta disminucioacuten
es contundente mientras que el Ti-6246 presenta un perfil de dureza maacutes homogeacuteneo
En la tabla I se indican los valores de las propiedades mecaacutenicas (ys y n) estimados a
partir de los datos experimentales obtenidos con las indentaciones tanto en los metales
base como en la unioacuten Como era de esperar los altos valores de dureza en la unioacuten se
traducen en una prediccioacuten de un liacutemite elaacutestico muy elevado
322 Ensayos de traccioacuten
De cada unioacuten se extrajeron dos probetas con su eje principal orientado
transversalmente a la soldadura A partir de los resultados estimados para las estructuras
10
bimodal y laminar (Tabla I) se podiacutea deducir que la rotura tendriacutea lugar en la primera
ya que presenta un menor ys y un n similar Esta prediccioacuten se confirmoacute con los
ensayos de traccioacuten La Tabla II presenta las tensiones de rotura de las uniones las
cuales se situaron entre 1030 y 1090 MPa valores bastante proacuteximos a los de los
metales base por los que se produjo la fractura tambieacuten incorporados en la misma tabla
Estos resultados son consistentes con los obtenidos por Mohandas et al[11] y Wisbey et
al[12] en aleaciones de titanio en las que la unioacuten superaba las propiedades del
metal base
Con objeto de comprobar el grado de ajuste entre datos experimentales y las
estimaciones de la metodologiacutea de indentacioacuten se compararon la curva esfuerzo-
deformacioacuten obtenida en un ensayo de traccioacuten en la aleacioacuten Ti-64 y la trazada con las
modelizaciones por elementos finitos (Fig 9) Como se puede observar la metodologiacutea
de indentacioacuten asume siempre un comportamiento potencial perfecto con un valor
constante del coeficiente de endurecimiento Sin embargo en la realidad muchos
materiales presentan diferentes coeficientes de endurecimiento por lo que seguacuten el tipo
de comportamiento la metodologiacutea de indentacioacuten captura mejor el comportamiento
uniaxial a bajas deformaciones (cerca del liacutemite elaacutestico) o en otros casos a
deformaciones mayores desajustaacutendose entonces la prediccioacuten del liacutemite elaacutestico
Por otra parte en materiales con tendencia a desarrollar apilamiento la friccioacuten entre el
indentador y el material indentado puede tener un efecto considerable en los valores
experimentales de dureza En el caso de las aleaciones de titanio objeto del presente
estudio la combinacioacuten de liacutemites elaacutesticos elevados junto a coeficientes de
endurecimiento por deformacioacuten muy bajos da lugar a deformaciones superficiales no
muy acusadas pero que a pesar de eso pueden verse afectadas de forma apreciable por
la friccioacuten La valoracioacuten del efecto de la friccioacuten entre el indentador y el material
11
aporta una prediccioacuten maacutes precisa de las propiedades mecaacutenicas ya que la friccioacuten entre
las caras del indentador distorsiona la deformacioacuten superficial y por tanto el valor de
dureza obtenido Tal como se muestra en la Tabla III los nuevos valores de propiedades
mecaacutenicas obtenidos con este meacutetodo iterativo son maacutes cercanos a aquellos medidos
experimentalmente
4 CONCLUSIONES
La metodologiacutea de indentacioacuten utilizada para evaluar las propiedades uniaxiales de
uniones soldadas por friccioacuten lineal de aleaciones de titanio solicitadas a traccioacuten
supone una herramienta muy uacutetil ya que muestra una correspondencia razonable entre
los resultados numeacutericos y los experimentales
Agradecimientos
Los autores agradecen al Dr Olaf Roder de la empresa MTU Aero Engines y a The
Welding Institute por el suministro del material que ha sido utilizado en este proyecto
A la Comunidad Europea por la financiacioacuten del proyecto DUTIFRISK ref G4RD-CT-
2001-00631 y al Ministerio de Educacioacuten y Ciencia por el proyecto MAT03-01685 A
la Dra M Marsal y al Dr JM Manero por la colaboracioacuten prestada en el estudio por
microscopiacutea electroacutenica
12
5 REFERENCIAS
[1] WA Baeslack III DW Becker y FH Froes J Metals (1984) 47-58 [2] P F Mendez y T W Eagar Adv Mater amp Proc 159 5 (2001) 39-43 [3] L Drsquo Alvise E Massoni y SJ Walloe J Mater Process Tech 125-126 (2002) 387-391 [4] A Varis y M Frost Wear 217 (1998)117-131 [5] A Varis y M Frost Mat Sci Eng A292 (2000) 8-17 [6] M Mata y J Alcalaacute J Mater Res18 (2003) 1705-1709 [7] M Garrido AJ Loacutepez J Rodriacuteguez Rev Metal Madrid 40 (2004) 380-383 [8] M Mata y J Alcalaacute J Mech Phys Solids 52 (2004) 145-165 [9] P Tariacuten Rev Metal Madrid 26 (1990) 395-409 [10] S Daquian R Zhenan Z Zhenfeng T North Z Yang y S Sathian J Mater Sci Tech Vol 16 No 1 (2000) 59-62 [11] T Mohandas D Banerjee y VV Kutumba Rao Mater Sci Eng A289 (2000) 70-82 [12] A Wisbey IC Wallis HS Ubhi P Sketchley CM Ward-Close y PL ThreadgillWA Proc Titaniumrsquo99 vol 3 Saint-Petersburg Russia 1999 IV Gorynin SS Ushkov (Eds) pp 1718-1725
13
Fig 1 Paraacutemetros para la evaluacioacuten de la deformacioacuten en torno a la indentacioacuten
Fig 1 Parameters for evaluation of the deformation around the indentation
P
h hs
P
h hs
14
Fig 2 Microestructura de la aleacioacuten Ti-6246 metalografiacutea mediante MEB
Fig 2 Microstructure of Ti-6246 alloy scanning electron micrograph
15
(a)
(b)
Fig 3 Microestructura mediante MEB de las aleaciones correspondientes a los aacutelabes
(a) Ti-64 (b) Ti-6242
Fig 3 SEM micrographs of blade titanium alloys microstructure
(a) Ti-64 (b) Ti-6242
16
Fig 4 Macrografiacutea de la unioacuten soldada Ti-6246 + Ti-64
Fig 4 Macrograph of the cross section of welded joint Ti-6246+Ti-64
17
Fig 5 Micrografiacutea de la unioacuten soldada Ti-6246+Ti-6242
Fig 5 Micrographs of the cross section of welded joint Ti-6246+Ti-6242
Ti-6246 Ti-6242
18
Fig 6 Perfil de durezas en la soldadura Ti-6246 + Ti-64
Fig 6 Hardness distribution for the weld Ti-6246 + Ti-64
-6 -4 -2 2 4 6
30
35
40
45
50
Ti-64Ti-6246D
ure
za(H
) G
Pa
Distancia (mm)
19
Fig 7 Evolucioacuten de la dureza a lo largo de la ZAT de la unioacuten Ti-6246 +Ti-64
Fig 7 Hardness evolution across the HAZ for joint Ti-6246 +Ti-64
-600 -400 -200 200 400 600
35
40
45
50
Ti-64Ti-6246
D
ure
za (
H)
GP
a
Distancia a la unioacuten (m)
20
Fig 8 Evolucioacuten de la dureza a lo largo de la ZAT de la unioacuten Ti-6246 +Ti-6242
Fig 8 Evolution of hardness in the HAZ for joint Ti-6246 +Ti-6242
-600 -400 -200 200 400 600
35
40
45
50
Ti-6242Ti-6246
Dur
eza
(H
) G
Pa
Distancia a la unioacuten (m)
21
Fig 9 Curvas esfuerzo-deformacioacuten experimental y numeacuterica para la aleacioacuten Ti-64
Fig 9 StressndashStrain plot showing the comparison between experimental and numerical
results for alloy Ti-64
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
0 002 004 006 008 01
Deformacioacuten real
Te
ns
ioacuten
re
al
(MP
a)
Curva real
Indentacion
22
Tabla I Propiedades mecaacutenicas estimadas mediante indentacioacuten
Table I Estimation of mechanical properties by indentation methodology
Disco
Ti-6246
Aacutelabe
Unioacuten
Ti-64 Ti-6242 Ti-6246 + Ti-64 Ti-6246 + Ti-64
ys (MPa) 1317 1079 1147 1968 1907
n 007 011 009 003 003
23
Tabla II Resultados experimentales de los ensayos de traccioacuten de uniones y metales
base
Table II Experimental results from tensile test of welds and base metals
Liacutemite Elaacutestico ys (MPa)
Resist MaacuteximaRm (MPa)
Elongacioacuten()
Zona de Rotura
Ti-6246 +
Ti-6242
1026
1093
12
Metal base Ti-6242
ys = 1037 Rm = 1100
Ti-6246 +
Ti64
986
1032
14
Metal base Ti-64
ys = 982 Rm = 1020
24
Tabla III Comparacioacuten de propiedades mecaacutenicas uniaxiales para la aleacioacuten Ti-64
Table III Correlation between uniaxial mechanical properties for alloy Ti-64
Resultados
Experimentales
Metodologiacutea de
indentacioacuten
Metodologiacutea de indentacioacuten corregida
por friccioacuten
ys (MPa) 982 1074 996
n 006 010 008
25
RELACIOacuteN PIE DE FIGURAS
Fig 1 Paraacutemetros para la evaluacioacuten de la deformacioacuten en torno a la indentacioacuten
Fig 1 Parameters for evaluation of the deformation around the indentation
Fig 2 Microestructura de la aleacioacuten Ti-6246 metalografiacutea mediante MEB
Fig 2 Microstructure of Ti-6246 alloy scanning electron micrograph
Fig 3 Microestructura mediante MEB de las aleaciones correspondientes a los aacutelabes (a) Ti-64 (b) Ti-6242
Fig 3 SEM micrographs of blade titanium alloys microstructure
(a) Ti-64 (b) Ti-6242
Fig 4 Macrografiacutea de la unioacuten soldada Ti-6246 + Ti-64
Fig 4 Macrograph of the cross section of welded joint Ti-6246+Ti-64
Fig 5 Micrografiacutea de la unioacuten soldada Ti-6246+Ti-6242
Fig 5 Micrographs of the cross section of welded joint Ti-6246+Ti-6242
Fig 6 Perfil de durezas en la soldadura Ti-6246 + Ti-64
Fig 6 Hardness distribution for the weld Ti-6246 + Ti-64
Fig 7 Evolucioacuten de la dureza a lo largo de la ZAT de la unioacuten Ti-6246 +Ti-64
Fig 7 Hardness evolution across the HAZ for joint Ti-6246 +Ti-64
Fig 8 Evolucioacuten de la dureza a lo largo de la ZAT de la unioacuten Ti-6246 +Ti-6242
Fig 8 Evolution of hardness in the HAZ for joint Ti-6246 +Ti-6242
Fig 9 Curvas esfuerzo-deformacioacuten experimental y numeacuterica para la aleacioacuten Ti-64
Fig 9 StressndashStrain plot showing the comparison between experimental and numerical results for alloy Ti-64
26
RELACIOacuteN DE TABLAS
Tabla I Propiedades mecaacutenicas estimadas mediante indentacioacuten
Table I Estimation of mechanical properties by indentation methodology
Tabla II Resultados experimentales de los ensayos de traccioacuten de uniones y metales
base
Table II Experimental results from tensile test of welds and base metals
Tabla III Comparacioacuten de propiedades mecaacutenicas uniaxiales para la aleacioacuten Ti-64
Table III Correlation between uniaxial mechanical properties for alloy Ti-64
4
La optimizacioacuten de los paraacutemetros del proceso de soldadura por friccioacuten lineal y la
prediccioacuten de las variaciones de temperatura en el proceso han sido en los uacuteltimos antildeos
objeto de estudio debido a su complejidad[5] En virtud de lo anterior el objetivo de este
trabajo fue aplicar una nueva metodologiacutea que se basa en teacutecnicas de modelizacioacuten por
elementos finitos a fin de obtener correlaciones entre la dureza y propiedades
mecaacutenicas tales como el liacutemite elaacutestico el moacutedulo de Young y el coeficiente de
endurecimiento por deformacioacuten[67] La evolucioacuten de dichas propiedades es analizada en
funcioacuten de los cambios microestructurales en la zona afectada teacutermicamente (ZAT) de
uniones realizadas en aleaciones de titanio
2 PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
21 Materiales
La aleacioacuten seleccionada para la fabricacioacuten del disco fue Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo (Ti-
6246) Fue colada en forma de disco (400 mm x 50 mm) y posteriormente forjada en
la regioacuten (-transus de 945 ordmC) A continuacioacuten se sometioacute a un recocido a 900 ordmC
durante 1 hora enfriamiento a 50 ordmCmin y por uacuteltimo se efectuoacute un envejecimiento a
585 ordmC durante 8 horas Las aleaciones utilizadas como aacutelabes fueron la Ti-6Al-4V (Ti-
64) y Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo (Ti-6242) forjadas en con un recocido posterior a 950-
960 ordmC 2 horas Mientras que la Ti-64 fue envejecida a 700 ordmC 2 horas la Ti-6242 lo
fue a 595 ordmC 8 horas
Las soldaduras por friccioacuten lineal fueron efectuadas por TWI (The Welding Institute)
Todas las uniones fueron sometidas a un tratamiento de alivio de tensiones en vaciacuteo o
en atmoacutesfera controlada de argoacuten
5
Un aspecto a destacar de estas uniones es la reducida extensioacuten de la ZAT La
exposicioacuten a temperaturas elevadas y altas velocidades de enfriamiento conlleva la
presencia de acusadas variaciones microestructurales a lo largo de esta reducida ZAT
La variacioacuten microestructural fue observada mediante Microscopiacutea Electroacutenica de
Barrido (MEB) mientras que para caracterizar la ZAT se extrajeron laacuteminas delgadas
para Microscopiacutea Electroacutenica de Transmisioacuten (MET) en una seccioacuten transversal de la
unioacuten
22 Metodologiacutea de ensayos de indentacioacuten y modelizacioacuten por elementos finitos
Para estudiar la variacioacuten de las propiedades mecaacutenicas en funcioacuten de la distancia a la
unioacuten se llevaron a cabo ensayos de indentacioacuten Vickers con un duroacutemetro Frank 532 a
una carga maacutexima de 10 Kg en el metal base y con un microindentador Akashi a una
carga 1 Kg en la ZAT El valor de la carga maacutexima aplicada permite asegurar que el
ensayo se realiza en el rango de indentacioacuten en que la dureza se mantiene constante para
cualquier profundidad de penetracioacuten Este valor de carga hace que la huella cubra una
amplia zona del material donde existen suficientes granos como para asegurar que se
mide la dureza de un soacutelido continuo
Se utilizoacute la metodologiacutea descrita en la referencia [6] a fin de obtener el liacutemite elaacutestico
ys y el coeficiente de endurecimiento por deformacioacuten n a partir de ensayos de
indentacioacuten Ademaacutes de la dureza un paraacutemetro indispensable en esta caracterizacioacuten es
la distribucioacuten de la deformacioacuten plaacutestica existente en la superficie del material pues
condiciona el aacuterea de contacto teoacuterica La deformacioacuten puede ser de dos tipos los
materiales que exhiben un n bajo desarrollan apilamiento (pile-up) alrededor de la
superficie de contacto mientras que aquellos con un elevado valor de n presentan
hundimiento (sink-in) Este efecto se introduce en el anaacutelisis a traveacutes del paraacutemetro
6
definido como el cuadrado del cociente entre la distancia vertical desde el fondo de la
huella al material situado en el liacutemite de la zona de contacto (hs) y el maacuteximo
desplazamiento (h) tal y como se describe en la figura 1
La simulacioacuten del proceso por elementos finitos proporciona una relacioacuten entre ys y
n para un material que responda a una ley
nK (1)
En particular en el caso de las aleaciones de titanio estudiadas se establecioacute que los
lados de las huellas de indentacioacuten eran relativamente rectos con lo que se optoacute por
considerar que no experimentaban efectos de apilamiento ni de hundimiento en la
periferia del contacto De esta forma se fijoacute = 1 y con la dureza medida
experimentalmente (H) se calculoacute la tensioacuten caracteriacutestica o representativa r del
material mediante la foacutermula (2)
926121968368170064700230
234
rrrrr
ELn
ELn
ELn
ELn
H
(2)
Dicha tensioacuten r es la que corresponde a una deformacioacuten de 01[6]
A partir del valor de y de r se aplicoacute la ecuacioacuten propuesta a fin de evaluar el
coeficiente n que estaacute expresado en la ecuacioacuten (3)
DE
r
eBA
(3)
014260059260400380353590
4790007328690678927
81480047817180677608
23
23
23
nnnD
nnnB
nnnA
En los caacutelculos descritos se asumioacute un valor del moacutedulo de Young E de 110 GPa de
acuerdo al valor esperado en aleaciones de titanio El liacutemite elaacutestico (ys) que
caracteriza por completo la respuesta uniaxial del material se puede evaluar a partir de
7
la ecuacioacuten constitutiva ecuacioacuten (1) una vez conocidos el coeficiente de
endurecimiento el moacutedulo de Young y la tensioacuten representativa r Operando con dicha
ecuacioacuten y asumiendo continuidad entre la zona elaacutestica y la zona plaacutestica de la curva
uniaxial se llega a la siguiente expresioacuten
)1()1(1 )10( nnnrys E (4)
Finalmente se utilizoacute la metodologiacutea descrita en [8] a fin de establecer la influencia del
coeficiente de friccioacuten sobre las propiedades obtenidas anteriormente Para ello se
empleoacute el meacutetodo iterativo propuesto en ese trabajo que permite extraer los valores de
dureza Ho y o que se esperariacutean si el material hubiese sido sometido a indentacioacuten sin
friccioacuten
23 Ensayos de traccioacuten
Los ensayos de traccioacuten se llevaron a cabo en una maacutequina universal a una velocidad de
desplazamiento de 2 mmmin Se mecanizaron probetas planas a partir del bloque
soldado el cual media 15 x 36 mm y 60 mm de longitud El liacutemite elaacutestico la
resistencia maacutexima y la deformacioacuten a rotura se calcularon a partir de las curvas
esfuerzo-deformacioacuten reales
3 RESULTADOS Y DISCUSIOacuteN
31 Caracterizacioacuten microscoacutepica de la unioacuten
En las figuras 2 y 3 pueden observase las microestructuras de los metales base
caracterizadas mediante MEB De acuerdo con la metalurgia del titanio[9] y como
resultado de la forja en la regioacuten de la aleacioacuten Ti-6246 se produce una
8
microestructura con grandes granos de fase En el enfriamiento desde la regioacuten se
forman agujas de y tambieacuten precipita fase discontinua a lo largo de los liacutemites de
grano (Fig 2) Durante el envejecimiento aparece una gran cantidad de placas finas de
secundaria
La microestructura de las aleaciones Ti-64 y Ti-6242 tiene una distribucioacuten bi-modal de
noacutedulos de fase -primaria y colonias tipo Windmanstaumltten de (Fig 3) Para el Ti-
64 los noacutedulos de -primaria tienen un tamantildeo medio de 20 m y suponen una fraccioacuten
en volumen de aproximadamente 45 (Fig 3a) Esta fase se encuentra en mayor
proporcioacuten (asymp 60) en el Ti-6242 (Fig 3b)
Los factores que permiten evaluar la integridad de una unioacuten por friccioacuten lineal son tipo
y espesor de ldquoflashrdquo presencia de defectos extensioacuten de la ZAT y cambios
microestructurales a lo largo de la misma siendo en los dos uacuteltimos aspectos en los que
se centra el intereacutes de este estudio
El tamantildeo de la ZAT evaluada a partir de la observacioacuten de cambios microestructurales
con respecto a los materiales base es similar en las dos uniones con un valor de
127 mm para el Ti-64 y 152 mm para el Ti-6242 Es preciso especificar que dichas
mediciones fueron hechas a un tercio del espesor de la probeta puesto que en las zonas
proacuteximas a los bordes se produce un notable ensanchamiento tal y como se aprecia en
la figura 4
La figura 5 muestra la micrografiacutea de la seccioacuten transversal en una unioacuten soldada entre
Ti-6246 y Ti-6242 Siguiendo la misma notacioacuten utilizada en trabajos previos[10] se
pueden distinguir tres regiones diferentes regioacuten de transformacioacuten de fase regioacuten con
deformacioacuten (en la que se observa claramente la fase -primaria alargada por efecto de
la friccioacuten) y regioacuten de metal base sin cambios
9
32 Propiedades Mecaacutenicas
321 Ensayos de dureza
La figura 6 recoge los valores obtenidos en una unioacuten Ti-6246Ti-64 en una liacutenea de
medicioacuten que abarca los dos metales base asiacute como la parte central de la ZAT Para la
otra unioacuten el perfil es muy similar De estos perfiles se deduce que la extensioacuten de la
ZAT es mayor a la medida realizada considerando los cambios microestructurales
cuyos valores se dieron en el apartado 31 Por ejemplo para la unioacuten mostrada en la
figura 6 el perfil de durezas muestra que la ZAT alcanza un valor aproximado de 2 mm
con 1 mm a cada lado de la liacutenea de unioacuten
Puede apreciarse el crecimiento de la dureza en la ZAT siendo maacutes pronunciado y
uniforme en el lado que corresponde a la aleacioacuten Ti-6246 La evolucioacuten de las durezas
en la zona central de la unioacuten se muestra con maacutes detalle en las figuras 7 y 8 En
general los mayores valores de dureza se presentan en la zona de transformacioacuten y
decrecen con la distancia desde la interfase hacia los extremos Para el caso de la ZAT
en los metales base con microestructura bi-modal (Ti-64 y Ti-6242) esta disminucioacuten
es contundente mientras que el Ti-6246 presenta un perfil de dureza maacutes homogeacuteneo
En la tabla I se indican los valores de las propiedades mecaacutenicas (ys y n) estimados a
partir de los datos experimentales obtenidos con las indentaciones tanto en los metales
base como en la unioacuten Como era de esperar los altos valores de dureza en la unioacuten se
traducen en una prediccioacuten de un liacutemite elaacutestico muy elevado
322 Ensayos de traccioacuten
De cada unioacuten se extrajeron dos probetas con su eje principal orientado
transversalmente a la soldadura A partir de los resultados estimados para las estructuras
10
bimodal y laminar (Tabla I) se podiacutea deducir que la rotura tendriacutea lugar en la primera
ya que presenta un menor ys y un n similar Esta prediccioacuten se confirmoacute con los
ensayos de traccioacuten La Tabla II presenta las tensiones de rotura de las uniones las
cuales se situaron entre 1030 y 1090 MPa valores bastante proacuteximos a los de los
metales base por los que se produjo la fractura tambieacuten incorporados en la misma tabla
Estos resultados son consistentes con los obtenidos por Mohandas et al[11] y Wisbey et
al[12] en aleaciones de titanio en las que la unioacuten superaba las propiedades del
metal base
Con objeto de comprobar el grado de ajuste entre datos experimentales y las
estimaciones de la metodologiacutea de indentacioacuten se compararon la curva esfuerzo-
deformacioacuten obtenida en un ensayo de traccioacuten en la aleacioacuten Ti-64 y la trazada con las
modelizaciones por elementos finitos (Fig 9) Como se puede observar la metodologiacutea
de indentacioacuten asume siempre un comportamiento potencial perfecto con un valor
constante del coeficiente de endurecimiento Sin embargo en la realidad muchos
materiales presentan diferentes coeficientes de endurecimiento por lo que seguacuten el tipo
de comportamiento la metodologiacutea de indentacioacuten captura mejor el comportamiento
uniaxial a bajas deformaciones (cerca del liacutemite elaacutestico) o en otros casos a
deformaciones mayores desajustaacutendose entonces la prediccioacuten del liacutemite elaacutestico
Por otra parte en materiales con tendencia a desarrollar apilamiento la friccioacuten entre el
indentador y el material indentado puede tener un efecto considerable en los valores
experimentales de dureza En el caso de las aleaciones de titanio objeto del presente
estudio la combinacioacuten de liacutemites elaacutesticos elevados junto a coeficientes de
endurecimiento por deformacioacuten muy bajos da lugar a deformaciones superficiales no
muy acusadas pero que a pesar de eso pueden verse afectadas de forma apreciable por
la friccioacuten La valoracioacuten del efecto de la friccioacuten entre el indentador y el material
11
aporta una prediccioacuten maacutes precisa de las propiedades mecaacutenicas ya que la friccioacuten entre
las caras del indentador distorsiona la deformacioacuten superficial y por tanto el valor de
dureza obtenido Tal como se muestra en la Tabla III los nuevos valores de propiedades
mecaacutenicas obtenidos con este meacutetodo iterativo son maacutes cercanos a aquellos medidos
experimentalmente
4 CONCLUSIONES
La metodologiacutea de indentacioacuten utilizada para evaluar las propiedades uniaxiales de
uniones soldadas por friccioacuten lineal de aleaciones de titanio solicitadas a traccioacuten
supone una herramienta muy uacutetil ya que muestra una correspondencia razonable entre
los resultados numeacutericos y los experimentales
Agradecimientos
Los autores agradecen al Dr Olaf Roder de la empresa MTU Aero Engines y a The
Welding Institute por el suministro del material que ha sido utilizado en este proyecto
A la Comunidad Europea por la financiacioacuten del proyecto DUTIFRISK ref G4RD-CT-
2001-00631 y al Ministerio de Educacioacuten y Ciencia por el proyecto MAT03-01685 A
la Dra M Marsal y al Dr JM Manero por la colaboracioacuten prestada en el estudio por
microscopiacutea electroacutenica
12
5 REFERENCIAS
[1] WA Baeslack III DW Becker y FH Froes J Metals (1984) 47-58 [2] P F Mendez y T W Eagar Adv Mater amp Proc 159 5 (2001) 39-43 [3] L Drsquo Alvise E Massoni y SJ Walloe J Mater Process Tech 125-126 (2002) 387-391 [4] A Varis y M Frost Wear 217 (1998)117-131 [5] A Varis y M Frost Mat Sci Eng A292 (2000) 8-17 [6] M Mata y J Alcalaacute J Mater Res18 (2003) 1705-1709 [7] M Garrido AJ Loacutepez J Rodriacuteguez Rev Metal Madrid 40 (2004) 380-383 [8] M Mata y J Alcalaacute J Mech Phys Solids 52 (2004) 145-165 [9] P Tariacuten Rev Metal Madrid 26 (1990) 395-409 [10] S Daquian R Zhenan Z Zhenfeng T North Z Yang y S Sathian J Mater Sci Tech Vol 16 No 1 (2000) 59-62 [11] T Mohandas D Banerjee y VV Kutumba Rao Mater Sci Eng A289 (2000) 70-82 [12] A Wisbey IC Wallis HS Ubhi P Sketchley CM Ward-Close y PL ThreadgillWA Proc Titaniumrsquo99 vol 3 Saint-Petersburg Russia 1999 IV Gorynin SS Ushkov (Eds) pp 1718-1725
13
Fig 1 Paraacutemetros para la evaluacioacuten de la deformacioacuten en torno a la indentacioacuten
Fig 1 Parameters for evaluation of the deformation around the indentation
P
h hs
P
h hs
14
Fig 2 Microestructura de la aleacioacuten Ti-6246 metalografiacutea mediante MEB
Fig 2 Microstructure of Ti-6246 alloy scanning electron micrograph
15
(a)
(b)
Fig 3 Microestructura mediante MEB de las aleaciones correspondientes a los aacutelabes
(a) Ti-64 (b) Ti-6242
Fig 3 SEM micrographs of blade titanium alloys microstructure
(a) Ti-64 (b) Ti-6242
16
Fig 4 Macrografiacutea de la unioacuten soldada Ti-6246 + Ti-64
Fig 4 Macrograph of the cross section of welded joint Ti-6246+Ti-64
17
Fig 5 Micrografiacutea de la unioacuten soldada Ti-6246+Ti-6242
Fig 5 Micrographs of the cross section of welded joint Ti-6246+Ti-6242
Ti-6246 Ti-6242
18
Fig 6 Perfil de durezas en la soldadura Ti-6246 + Ti-64
Fig 6 Hardness distribution for the weld Ti-6246 + Ti-64
-6 -4 -2 2 4 6
30
35
40
45
50
Ti-64Ti-6246D
ure
za(H
) G
Pa
Distancia (mm)
19
Fig 7 Evolucioacuten de la dureza a lo largo de la ZAT de la unioacuten Ti-6246 +Ti-64
Fig 7 Hardness evolution across the HAZ for joint Ti-6246 +Ti-64
-600 -400 -200 200 400 600
35
40
45
50
Ti-64Ti-6246
D
ure
za (
H)
GP
a
Distancia a la unioacuten (m)
20
Fig 8 Evolucioacuten de la dureza a lo largo de la ZAT de la unioacuten Ti-6246 +Ti-6242
Fig 8 Evolution of hardness in the HAZ for joint Ti-6246 +Ti-6242
-600 -400 -200 200 400 600
35
40
45
50
Ti-6242Ti-6246
Dur
eza
(H
) G
Pa
Distancia a la unioacuten (m)
21
Fig 9 Curvas esfuerzo-deformacioacuten experimental y numeacuterica para la aleacioacuten Ti-64
Fig 9 StressndashStrain plot showing the comparison between experimental and numerical
results for alloy Ti-64
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
0 002 004 006 008 01
Deformacioacuten real
Te
ns
ioacuten
re
al
(MP
a)
Curva real
Indentacion
22
Tabla I Propiedades mecaacutenicas estimadas mediante indentacioacuten
Table I Estimation of mechanical properties by indentation methodology
Disco
Ti-6246
Aacutelabe
Unioacuten
Ti-64 Ti-6242 Ti-6246 + Ti-64 Ti-6246 + Ti-64
ys (MPa) 1317 1079 1147 1968 1907
n 007 011 009 003 003
23
Tabla II Resultados experimentales de los ensayos de traccioacuten de uniones y metales
base
Table II Experimental results from tensile test of welds and base metals
Liacutemite Elaacutestico ys (MPa)
Resist MaacuteximaRm (MPa)
Elongacioacuten()
Zona de Rotura
Ti-6246 +
Ti-6242
1026
1093
12
Metal base Ti-6242
ys = 1037 Rm = 1100
Ti-6246 +
Ti64
986
1032
14
Metal base Ti-64
ys = 982 Rm = 1020
24
Tabla III Comparacioacuten de propiedades mecaacutenicas uniaxiales para la aleacioacuten Ti-64
Table III Correlation between uniaxial mechanical properties for alloy Ti-64
Resultados
Experimentales
Metodologiacutea de
indentacioacuten
Metodologiacutea de indentacioacuten corregida
por friccioacuten
ys (MPa) 982 1074 996
n 006 010 008
25
RELACIOacuteN PIE DE FIGURAS
Fig 1 Paraacutemetros para la evaluacioacuten de la deformacioacuten en torno a la indentacioacuten
Fig 1 Parameters for evaluation of the deformation around the indentation
Fig 2 Microestructura de la aleacioacuten Ti-6246 metalografiacutea mediante MEB
Fig 2 Microstructure of Ti-6246 alloy scanning electron micrograph
Fig 3 Microestructura mediante MEB de las aleaciones correspondientes a los aacutelabes (a) Ti-64 (b) Ti-6242
Fig 3 SEM micrographs of blade titanium alloys microstructure
(a) Ti-64 (b) Ti-6242
Fig 4 Macrografiacutea de la unioacuten soldada Ti-6246 + Ti-64
Fig 4 Macrograph of the cross section of welded joint Ti-6246+Ti-64
Fig 5 Micrografiacutea de la unioacuten soldada Ti-6246+Ti-6242
Fig 5 Micrographs of the cross section of welded joint Ti-6246+Ti-6242
Fig 6 Perfil de durezas en la soldadura Ti-6246 + Ti-64
Fig 6 Hardness distribution for the weld Ti-6246 + Ti-64
Fig 7 Evolucioacuten de la dureza a lo largo de la ZAT de la unioacuten Ti-6246 +Ti-64
Fig 7 Hardness evolution across the HAZ for joint Ti-6246 +Ti-64
Fig 8 Evolucioacuten de la dureza a lo largo de la ZAT de la unioacuten Ti-6246 +Ti-6242
Fig 8 Evolution of hardness in the HAZ for joint Ti-6246 +Ti-6242
Fig 9 Curvas esfuerzo-deformacioacuten experimental y numeacuterica para la aleacioacuten Ti-64
Fig 9 StressndashStrain plot showing the comparison between experimental and numerical results for alloy Ti-64
26
RELACIOacuteN DE TABLAS
Tabla I Propiedades mecaacutenicas estimadas mediante indentacioacuten
Table I Estimation of mechanical properties by indentation methodology
Tabla II Resultados experimentales de los ensayos de traccioacuten de uniones y metales
base
Table II Experimental results from tensile test of welds and base metals
Tabla III Comparacioacuten de propiedades mecaacutenicas uniaxiales para la aleacioacuten Ti-64
Table III Correlation between uniaxial mechanical properties for alloy Ti-64
5
Un aspecto a destacar de estas uniones es la reducida extensioacuten de la ZAT La
exposicioacuten a temperaturas elevadas y altas velocidades de enfriamiento conlleva la
presencia de acusadas variaciones microestructurales a lo largo de esta reducida ZAT
La variacioacuten microestructural fue observada mediante Microscopiacutea Electroacutenica de
Barrido (MEB) mientras que para caracterizar la ZAT se extrajeron laacuteminas delgadas
para Microscopiacutea Electroacutenica de Transmisioacuten (MET) en una seccioacuten transversal de la
unioacuten
22 Metodologiacutea de ensayos de indentacioacuten y modelizacioacuten por elementos finitos
Para estudiar la variacioacuten de las propiedades mecaacutenicas en funcioacuten de la distancia a la
unioacuten se llevaron a cabo ensayos de indentacioacuten Vickers con un duroacutemetro Frank 532 a
una carga maacutexima de 10 Kg en el metal base y con un microindentador Akashi a una
carga 1 Kg en la ZAT El valor de la carga maacutexima aplicada permite asegurar que el
ensayo se realiza en el rango de indentacioacuten en que la dureza se mantiene constante para
cualquier profundidad de penetracioacuten Este valor de carga hace que la huella cubra una
amplia zona del material donde existen suficientes granos como para asegurar que se
mide la dureza de un soacutelido continuo
Se utilizoacute la metodologiacutea descrita en la referencia [6] a fin de obtener el liacutemite elaacutestico
ys y el coeficiente de endurecimiento por deformacioacuten n a partir de ensayos de
indentacioacuten Ademaacutes de la dureza un paraacutemetro indispensable en esta caracterizacioacuten es
la distribucioacuten de la deformacioacuten plaacutestica existente en la superficie del material pues
condiciona el aacuterea de contacto teoacuterica La deformacioacuten puede ser de dos tipos los
materiales que exhiben un n bajo desarrollan apilamiento (pile-up) alrededor de la
superficie de contacto mientras que aquellos con un elevado valor de n presentan
hundimiento (sink-in) Este efecto se introduce en el anaacutelisis a traveacutes del paraacutemetro
6
definido como el cuadrado del cociente entre la distancia vertical desde el fondo de la
huella al material situado en el liacutemite de la zona de contacto (hs) y el maacuteximo
desplazamiento (h) tal y como se describe en la figura 1
La simulacioacuten del proceso por elementos finitos proporciona una relacioacuten entre ys y
n para un material que responda a una ley
nK (1)
En particular en el caso de las aleaciones de titanio estudiadas se establecioacute que los
lados de las huellas de indentacioacuten eran relativamente rectos con lo que se optoacute por
considerar que no experimentaban efectos de apilamiento ni de hundimiento en la
periferia del contacto De esta forma se fijoacute = 1 y con la dureza medida
experimentalmente (H) se calculoacute la tensioacuten caracteriacutestica o representativa r del
material mediante la foacutermula (2)
926121968368170064700230
234
rrrrr
ELn
ELn
ELn
ELn
H
(2)
Dicha tensioacuten r es la que corresponde a una deformacioacuten de 01[6]
A partir del valor de y de r se aplicoacute la ecuacioacuten propuesta a fin de evaluar el
coeficiente n que estaacute expresado en la ecuacioacuten (3)
DE
r
eBA
(3)
014260059260400380353590
4790007328690678927
81480047817180677608
23
23
23
nnnD
nnnB
nnnA
En los caacutelculos descritos se asumioacute un valor del moacutedulo de Young E de 110 GPa de
acuerdo al valor esperado en aleaciones de titanio El liacutemite elaacutestico (ys) que
caracteriza por completo la respuesta uniaxial del material se puede evaluar a partir de
7
la ecuacioacuten constitutiva ecuacioacuten (1) una vez conocidos el coeficiente de
endurecimiento el moacutedulo de Young y la tensioacuten representativa r Operando con dicha
ecuacioacuten y asumiendo continuidad entre la zona elaacutestica y la zona plaacutestica de la curva
uniaxial se llega a la siguiente expresioacuten
)1()1(1 )10( nnnrys E (4)
Finalmente se utilizoacute la metodologiacutea descrita en [8] a fin de establecer la influencia del
coeficiente de friccioacuten sobre las propiedades obtenidas anteriormente Para ello se
empleoacute el meacutetodo iterativo propuesto en ese trabajo que permite extraer los valores de
dureza Ho y o que se esperariacutean si el material hubiese sido sometido a indentacioacuten sin
friccioacuten
23 Ensayos de traccioacuten
Los ensayos de traccioacuten se llevaron a cabo en una maacutequina universal a una velocidad de
desplazamiento de 2 mmmin Se mecanizaron probetas planas a partir del bloque
soldado el cual media 15 x 36 mm y 60 mm de longitud El liacutemite elaacutestico la
resistencia maacutexima y la deformacioacuten a rotura se calcularon a partir de las curvas
esfuerzo-deformacioacuten reales
3 RESULTADOS Y DISCUSIOacuteN
31 Caracterizacioacuten microscoacutepica de la unioacuten
En las figuras 2 y 3 pueden observase las microestructuras de los metales base
caracterizadas mediante MEB De acuerdo con la metalurgia del titanio[9] y como
resultado de la forja en la regioacuten de la aleacioacuten Ti-6246 se produce una
8
microestructura con grandes granos de fase En el enfriamiento desde la regioacuten se
forman agujas de y tambieacuten precipita fase discontinua a lo largo de los liacutemites de
grano (Fig 2) Durante el envejecimiento aparece una gran cantidad de placas finas de
secundaria
La microestructura de las aleaciones Ti-64 y Ti-6242 tiene una distribucioacuten bi-modal de
noacutedulos de fase -primaria y colonias tipo Windmanstaumltten de (Fig 3) Para el Ti-
64 los noacutedulos de -primaria tienen un tamantildeo medio de 20 m y suponen una fraccioacuten
en volumen de aproximadamente 45 (Fig 3a) Esta fase se encuentra en mayor
proporcioacuten (asymp 60) en el Ti-6242 (Fig 3b)
Los factores que permiten evaluar la integridad de una unioacuten por friccioacuten lineal son tipo
y espesor de ldquoflashrdquo presencia de defectos extensioacuten de la ZAT y cambios
microestructurales a lo largo de la misma siendo en los dos uacuteltimos aspectos en los que
se centra el intereacutes de este estudio
El tamantildeo de la ZAT evaluada a partir de la observacioacuten de cambios microestructurales
con respecto a los materiales base es similar en las dos uniones con un valor de
127 mm para el Ti-64 y 152 mm para el Ti-6242 Es preciso especificar que dichas
mediciones fueron hechas a un tercio del espesor de la probeta puesto que en las zonas
proacuteximas a los bordes se produce un notable ensanchamiento tal y como se aprecia en
la figura 4
La figura 5 muestra la micrografiacutea de la seccioacuten transversal en una unioacuten soldada entre
Ti-6246 y Ti-6242 Siguiendo la misma notacioacuten utilizada en trabajos previos[10] se
pueden distinguir tres regiones diferentes regioacuten de transformacioacuten de fase regioacuten con
deformacioacuten (en la que se observa claramente la fase -primaria alargada por efecto de
la friccioacuten) y regioacuten de metal base sin cambios
9
32 Propiedades Mecaacutenicas
321 Ensayos de dureza
La figura 6 recoge los valores obtenidos en una unioacuten Ti-6246Ti-64 en una liacutenea de
medicioacuten que abarca los dos metales base asiacute como la parte central de la ZAT Para la
otra unioacuten el perfil es muy similar De estos perfiles se deduce que la extensioacuten de la
ZAT es mayor a la medida realizada considerando los cambios microestructurales
cuyos valores se dieron en el apartado 31 Por ejemplo para la unioacuten mostrada en la
figura 6 el perfil de durezas muestra que la ZAT alcanza un valor aproximado de 2 mm
con 1 mm a cada lado de la liacutenea de unioacuten
Puede apreciarse el crecimiento de la dureza en la ZAT siendo maacutes pronunciado y
uniforme en el lado que corresponde a la aleacioacuten Ti-6246 La evolucioacuten de las durezas
en la zona central de la unioacuten se muestra con maacutes detalle en las figuras 7 y 8 En
general los mayores valores de dureza se presentan en la zona de transformacioacuten y
decrecen con la distancia desde la interfase hacia los extremos Para el caso de la ZAT
en los metales base con microestructura bi-modal (Ti-64 y Ti-6242) esta disminucioacuten
es contundente mientras que el Ti-6246 presenta un perfil de dureza maacutes homogeacuteneo
En la tabla I se indican los valores de las propiedades mecaacutenicas (ys y n) estimados a
partir de los datos experimentales obtenidos con las indentaciones tanto en los metales
base como en la unioacuten Como era de esperar los altos valores de dureza en la unioacuten se
traducen en una prediccioacuten de un liacutemite elaacutestico muy elevado
322 Ensayos de traccioacuten
De cada unioacuten se extrajeron dos probetas con su eje principal orientado
transversalmente a la soldadura A partir de los resultados estimados para las estructuras
10
bimodal y laminar (Tabla I) se podiacutea deducir que la rotura tendriacutea lugar en la primera
ya que presenta un menor ys y un n similar Esta prediccioacuten se confirmoacute con los
ensayos de traccioacuten La Tabla II presenta las tensiones de rotura de las uniones las
cuales se situaron entre 1030 y 1090 MPa valores bastante proacuteximos a los de los
metales base por los que se produjo la fractura tambieacuten incorporados en la misma tabla
Estos resultados son consistentes con los obtenidos por Mohandas et al[11] y Wisbey et
al[12] en aleaciones de titanio en las que la unioacuten superaba las propiedades del
metal base
Con objeto de comprobar el grado de ajuste entre datos experimentales y las
estimaciones de la metodologiacutea de indentacioacuten se compararon la curva esfuerzo-
deformacioacuten obtenida en un ensayo de traccioacuten en la aleacioacuten Ti-64 y la trazada con las
modelizaciones por elementos finitos (Fig 9) Como se puede observar la metodologiacutea
de indentacioacuten asume siempre un comportamiento potencial perfecto con un valor
constante del coeficiente de endurecimiento Sin embargo en la realidad muchos
materiales presentan diferentes coeficientes de endurecimiento por lo que seguacuten el tipo
de comportamiento la metodologiacutea de indentacioacuten captura mejor el comportamiento
uniaxial a bajas deformaciones (cerca del liacutemite elaacutestico) o en otros casos a
deformaciones mayores desajustaacutendose entonces la prediccioacuten del liacutemite elaacutestico
Por otra parte en materiales con tendencia a desarrollar apilamiento la friccioacuten entre el
indentador y el material indentado puede tener un efecto considerable en los valores
experimentales de dureza En el caso de las aleaciones de titanio objeto del presente
estudio la combinacioacuten de liacutemites elaacutesticos elevados junto a coeficientes de
endurecimiento por deformacioacuten muy bajos da lugar a deformaciones superficiales no
muy acusadas pero que a pesar de eso pueden verse afectadas de forma apreciable por
la friccioacuten La valoracioacuten del efecto de la friccioacuten entre el indentador y el material
11
aporta una prediccioacuten maacutes precisa de las propiedades mecaacutenicas ya que la friccioacuten entre
las caras del indentador distorsiona la deformacioacuten superficial y por tanto el valor de
dureza obtenido Tal como se muestra en la Tabla III los nuevos valores de propiedades
mecaacutenicas obtenidos con este meacutetodo iterativo son maacutes cercanos a aquellos medidos
experimentalmente
4 CONCLUSIONES
La metodologiacutea de indentacioacuten utilizada para evaluar las propiedades uniaxiales de
uniones soldadas por friccioacuten lineal de aleaciones de titanio solicitadas a traccioacuten
supone una herramienta muy uacutetil ya que muestra una correspondencia razonable entre
los resultados numeacutericos y los experimentales
Agradecimientos
Los autores agradecen al Dr Olaf Roder de la empresa MTU Aero Engines y a The
Welding Institute por el suministro del material que ha sido utilizado en este proyecto
A la Comunidad Europea por la financiacioacuten del proyecto DUTIFRISK ref G4RD-CT-
2001-00631 y al Ministerio de Educacioacuten y Ciencia por el proyecto MAT03-01685 A
la Dra M Marsal y al Dr JM Manero por la colaboracioacuten prestada en el estudio por
microscopiacutea electroacutenica
12
5 REFERENCIAS
[1] WA Baeslack III DW Becker y FH Froes J Metals (1984) 47-58 [2] P F Mendez y T W Eagar Adv Mater amp Proc 159 5 (2001) 39-43 [3] L Drsquo Alvise E Massoni y SJ Walloe J Mater Process Tech 125-126 (2002) 387-391 [4] A Varis y M Frost Wear 217 (1998)117-131 [5] A Varis y M Frost Mat Sci Eng A292 (2000) 8-17 [6] M Mata y J Alcalaacute J Mater Res18 (2003) 1705-1709 [7] M Garrido AJ Loacutepez J Rodriacuteguez Rev Metal Madrid 40 (2004) 380-383 [8] M Mata y J Alcalaacute J Mech Phys Solids 52 (2004) 145-165 [9] P Tariacuten Rev Metal Madrid 26 (1990) 395-409 [10] S Daquian R Zhenan Z Zhenfeng T North Z Yang y S Sathian J Mater Sci Tech Vol 16 No 1 (2000) 59-62 [11] T Mohandas D Banerjee y VV Kutumba Rao Mater Sci Eng A289 (2000) 70-82 [12] A Wisbey IC Wallis HS Ubhi P Sketchley CM Ward-Close y PL ThreadgillWA Proc Titaniumrsquo99 vol 3 Saint-Petersburg Russia 1999 IV Gorynin SS Ushkov (Eds) pp 1718-1725
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Fig 1 Paraacutemetros para la evaluacioacuten de la deformacioacuten en torno a la indentacioacuten
Fig 1 Parameters for evaluation of the deformation around the indentation
P
h hs
P
h hs
14
Fig 2 Microestructura de la aleacioacuten Ti-6246 metalografiacutea mediante MEB
Fig 2 Microstructure of Ti-6246 alloy scanning electron micrograph
15
(a)
(b)
Fig 3 Microestructura mediante MEB de las aleaciones correspondientes a los aacutelabes
(a) Ti-64 (b) Ti-6242
Fig 3 SEM micrographs of blade titanium alloys microstructure
(a) Ti-64 (b) Ti-6242
16
Fig 4 Macrografiacutea de la unioacuten soldada Ti-6246 + Ti-64
Fig 4 Macrograph of the cross section of welded joint Ti-6246+Ti-64
17
Fig 5 Micrografiacutea de la unioacuten soldada Ti-6246+Ti-6242
Fig 5 Micrographs of the cross section of welded joint Ti-6246+Ti-6242
Ti-6246 Ti-6242
18
Fig 6 Perfil de durezas en la soldadura Ti-6246 + Ti-64
Fig 6 Hardness distribution for the weld Ti-6246 + Ti-64
-6 -4 -2 2 4 6
30
35
40
45
50
Ti-64Ti-6246D
ure
za(H
) G
Pa
Distancia (mm)
19
Fig 7 Evolucioacuten de la dureza a lo largo de la ZAT de la unioacuten Ti-6246 +Ti-64
Fig 7 Hardness evolution across the HAZ for joint Ti-6246 +Ti-64
-600 -400 -200 200 400 600
35
40
45
50
Ti-64Ti-6246
D
ure
za (
H)
GP
a
Distancia a la unioacuten (m)
20
Fig 8 Evolucioacuten de la dureza a lo largo de la ZAT de la unioacuten Ti-6246 +Ti-6242
Fig 8 Evolution of hardness in the HAZ for joint Ti-6246 +Ti-6242
-600 -400 -200 200 400 600
35
40
45
50
Ti-6242Ti-6246
Dur
eza
(H
) G
Pa
Distancia a la unioacuten (m)
21
Fig 9 Curvas esfuerzo-deformacioacuten experimental y numeacuterica para la aleacioacuten Ti-64
Fig 9 StressndashStrain plot showing the comparison between experimental and numerical
results for alloy Ti-64
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
0 002 004 006 008 01
Deformacioacuten real
Te
ns
ioacuten
re
al
(MP
a)
Curva real
Indentacion
22
Tabla I Propiedades mecaacutenicas estimadas mediante indentacioacuten
Table I Estimation of mechanical properties by indentation methodology
Disco
Ti-6246
Aacutelabe
Unioacuten
Ti-64 Ti-6242 Ti-6246 + Ti-64 Ti-6246 + Ti-64
ys (MPa) 1317 1079 1147 1968 1907
n 007 011 009 003 003
23
Tabla II Resultados experimentales de los ensayos de traccioacuten de uniones y metales
base
Table II Experimental results from tensile test of welds and base metals
Liacutemite Elaacutestico ys (MPa)
Resist MaacuteximaRm (MPa)
Elongacioacuten()
Zona de Rotura
Ti-6246 +
Ti-6242
1026
1093
12
Metal base Ti-6242
ys = 1037 Rm = 1100
Ti-6246 +
Ti64
986
1032
14
Metal base Ti-64
ys = 982 Rm = 1020
24
Tabla III Comparacioacuten de propiedades mecaacutenicas uniaxiales para la aleacioacuten Ti-64
Table III Correlation between uniaxial mechanical properties for alloy Ti-64
Resultados
Experimentales
Metodologiacutea de
indentacioacuten
Metodologiacutea de indentacioacuten corregida
por friccioacuten
ys (MPa) 982 1074 996
n 006 010 008
25
RELACIOacuteN PIE DE FIGURAS
Fig 1 Paraacutemetros para la evaluacioacuten de la deformacioacuten en torno a la indentacioacuten
Fig 1 Parameters for evaluation of the deformation around the indentation
Fig 2 Microestructura de la aleacioacuten Ti-6246 metalografiacutea mediante MEB
Fig 2 Microstructure of Ti-6246 alloy scanning electron micrograph
Fig 3 Microestructura mediante MEB de las aleaciones correspondientes a los aacutelabes (a) Ti-64 (b) Ti-6242
Fig 3 SEM micrographs of blade titanium alloys microstructure
(a) Ti-64 (b) Ti-6242
Fig 4 Macrografiacutea de la unioacuten soldada Ti-6246 + Ti-64
Fig 4 Macrograph of the cross section of welded joint Ti-6246+Ti-64
Fig 5 Micrografiacutea de la unioacuten soldada Ti-6246+Ti-6242
Fig 5 Micrographs of the cross section of welded joint Ti-6246+Ti-6242
Fig 6 Perfil de durezas en la soldadura Ti-6246 + Ti-64
Fig 6 Hardness distribution for the weld Ti-6246 + Ti-64
Fig 7 Evolucioacuten de la dureza a lo largo de la ZAT de la unioacuten Ti-6246 +Ti-64
Fig 7 Hardness evolution across the HAZ for joint Ti-6246 +Ti-64
Fig 8 Evolucioacuten de la dureza a lo largo de la ZAT de la unioacuten Ti-6246 +Ti-6242
Fig 8 Evolution of hardness in the HAZ for joint Ti-6246 +Ti-6242
Fig 9 Curvas esfuerzo-deformacioacuten experimental y numeacuterica para la aleacioacuten Ti-64
Fig 9 StressndashStrain plot showing the comparison between experimental and numerical results for alloy Ti-64
26
RELACIOacuteN DE TABLAS
Tabla I Propiedades mecaacutenicas estimadas mediante indentacioacuten
Table I Estimation of mechanical properties by indentation methodology
Tabla II Resultados experimentales de los ensayos de traccioacuten de uniones y metales
base
Table II Experimental results from tensile test of welds and base metals
Tabla III Comparacioacuten de propiedades mecaacutenicas uniaxiales para la aleacioacuten Ti-64
Table III Correlation between uniaxial mechanical properties for alloy Ti-64
6
definido como el cuadrado del cociente entre la distancia vertical desde el fondo de la
huella al material situado en el liacutemite de la zona de contacto (hs) y el maacuteximo
desplazamiento (h) tal y como se describe en la figura 1
La simulacioacuten del proceso por elementos finitos proporciona una relacioacuten entre ys y
n para un material que responda a una ley
nK (1)
En particular en el caso de las aleaciones de titanio estudiadas se establecioacute que los
lados de las huellas de indentacioacuten eran relativamente rectos con lo que se optoacute por
considerar que no experimentaban efectos de apilamiento ni de hundimiento en la
periferia del contacto De esta forma se fijoacute = 1 y con la dureza medida
experimentalmente (H) se calculoacute la tensioacuten caracteriacutestica o representativa r del
material mediante la foacutermula (2)
926121968368170064700230
234
rrrrr
ELn
ELn
ELn
ELn
H
(2)
Dicha tensioacuten r es la que corresponde a una deformacioacuten de 01[6]
A partir del valor de y de r se aplicoacute la ecuacioacuten propuesta a fin de evaluar el
coeficiente n que estaacute expresado en la ecuacioacuten (3)
DE
r
eBA
(3)
014260059260400380353590
4790007328690678927
81480047817180677608
23
23
23
nnnD
nnnB
nnnA
En los caacutelculos descritos se asumioacute un valor del moacutedulo de Young E de 110 GPa de
acuerdo al valor esperado en aleaciones de titanio El liacutemite elaacutestico (ys) que
caracteriza por completo la respuesta uniaxial del material se puede evaluar a partir de
7
la ecuacioacuten constitutiva ecuacioacuten (1) una vez conocidos el coeficiente de
endurecimiento el moacutedulo de Young y la tensioacuten representativa r Operando con dicha
ecuacioacuten y asumiendo continuidad entre la zona elaacutestica y la zona plaacutestica de la curva
uniaxial se llega a la siguiente expresioacuten
)1()1(1 )10( nnnrys E (4)
Finalmente se utilizoacute la metodologiacutea descrita en [8] a fin de establecer la influencia del
coeficiente de friccioacuten sobre las propiedades obtenidas anteriormente Para ello se
empleoacute el meacutetodo iterativo propuesto en ese trabajo que permite extraer los valores de
dureza Ho y o que se esperariacutean si el material hubiese sido sometido a indentacioacuten sin
friccioacuten
23 Ensayos de traccioacuten
Los ensayos de traccioacuten se llevaron a cabo en una maacutequina universal a una velocidad de
desplazamiento de 2 mmmin Se mecanizaron probetas planas a partir del bloque
soldado el cual media 15 x 36 mm y 60 mm de longitud El liacutemite elaacutestico la
resistencia maacutexima y la deformacioacuten a rotura se calcularon a partir de las curvas
esfuerzo-deformacioacuten reales
3 RESULTADOS Y DISCUSIOacuteN
31 Caracterizacioacuten microscoacutepica de la unioacuten
En las figuras 2 y 3 pueden observase las microestructuras de los metales base
caracterizadas mediante MEB De acuerdo con la metalurgia del titanio[9] y como
resultado de la forja en la regioacuten de la aleacioacuten Ti-6246 se produce una
8
microestructura con grandes granos de fase En el enfriamiento desde la regioacuten se
forman agujas de y tambieacuten precipita fase discontinua a lo largo de los liacutemites de
grano (Fig 2) Durante el envejecimiento aparece una gran cantidad de placas finas de
secundaria
La microestructura de las aleaciones Ti-64 y Ti-6242 tiene una distribucioacuten bi-modal de
noacutedulos de fase -primaria y colonias tipo Windmanstaumltten de (Fig 3) Para el Ti-
64 los noacutedulos de -primaria tienen un tamantildeo medio de 20 m y suponen una fraccioacuten
en volumen de aproximadamente 45 (Fig 3a) Esta fase se encuentra en mayor
proporcioacuten (asymp 60) en el Ti-6242 (Fig 3b)
Los factores que permiten evaluar la integridad de una unioacuten por friccioacuten lineal son tipo
y espesor de ldquoflashrdquo presencia de defectos extensioacuten de la ZAT y cambios
microestructurales a lo largo de la misma siendo en los dos uacuteltimos aspectos en los que
se centra el intereacutes de este estudio
El tamantildeo de la ZAT evaluada a partir de la observacioacuten de cambios microestructurales
con respecto a los materiales base es similar en las dos uniones con un valor de
127 mm para el Ti-64 y 152 mm para el Ti-6242 Es preciso especificar que dichas
mediciones fueron hechas a un tercio del espesor de la probeta puesto que en las zonas
proacuteximas a los bordes se produce un notable ensanchamiento tal y como se aprecia en
la figura 4
La figura 5 muestra la micrografiacutea de la seccioacuten transversal en una unioacuten soldada entre
Ti-6246 y Ti-6242 Siguiendo la misma notacioacuten utilizada en trabajos previos[10] se
pueden distinguir tres regiones diferentes regioacuten de transformacioacuten de fase regioacuten con
deformacioacuten (en la que se observa claramente la fase -primaria alargada por efecto de
la friccioacuten) y regioacuten de metal base sin cambios
9
32 Propiedades Mecaacutenicas
321 Ensayos de dureza
La figura 6 recoge los valores obtenidos en una unioacuten Ti-6246Ti-64 en una liacutenea de
medicioacuten que abarca los dos metales base asiacute como la parte central de la ZAT Para la
otra unioacuten el perfil es muy similar De estos perfiles se deduce que la extensioacuten de la
ZAT es mayor a la medida realizada considerando los cambios microestructurales
cuyos valores se dieron en el apartado 31 Por ejemplo para la unioacuten mostrada en la
figura 6 el perfil de durezas muestra que la ZAT alcanza un valor aproximado de 2 mm
con 1 mm a cada lado de la liacutenea de unioacuten
Puede apreciarse el crecimiento de la dureza en la ZAT siendo maacutes pronunciado y
uniforme en el lado que corresponde a la aleacioacuten Ti-6246 La evolucioacuten de las durezas
en la zona central de la unioacuten se muestra con maacutes detalle en las figuras 7 y 8 En
general los mayores valores de dureza se presentan en la zona de transformacioacuten y
decrecen con la distancia desde la interfase hacia los extremos Para el caso de la ZAT
en los metales base con microestructura bi-modal (Ti-64 y Ti-6242) esta disminucioacuten
es contundente mientras que el Ti-6246 presenta un perfil de dureza maacutes homogeacuteneo
En la tabla I se indican los valores de las propiedades mecaacutenicas (ys y n) estimados a
partir de los datos experimentales obtenidos con las indentaciones tanto en los metales
base como en la unioacuten Como era de esperar los altos valores de dureza en la unioacuten se
traducen en una prediccioacuten de un liacutemite elaacutestico muy elevado
322 Ensayos de traccioacuten
De cada unioacuten se extrajeron dos probetas con su eje principal orientado
transversalmente a la soldadura A partir de los resultados estimados para las estructuras
10
bimodal y laminar (Tabla I) se podiacutea deducir que la rotura tendriacutea lugar en la primera
ya que presenta un menor ys y un n similar Esta prediccioacuten se confirmoacute con los
ensayos de traccioacuten La Tabla II presenta las tensiones de rotura de las uniones las
cuales se situaron entre 1030 y 1090 MPa valores bastante proacuteximos a los de los
metales base por los que se produjo la fractura tambieacuten incorporados en la misma tabla
Estos resultados son consistentes con los obtenidos por Mohandas et al[11] y Wisbey et
al[12] en aleaciones de titanio en las que la unioacuten superaba las propiedades del
metal base
Con objeto de comprobar el grado de ajuste entre datos experimentales y las
estimaciones de la metodologiacutea de indentacioacuten se compararon la curva esfuerzo-
deformacioacuten obtenida en un ensayo de traccioacuten en la aleacioacuten Ti-64 y la trazada con las
modelizaciones por elementos finitos (Fig 9) Como se puede observar la metodologiacutea
de indentacioacuten asume siempre un comportamiento potencial perfecto con un valor
constante del coeficiente de endurecimiento Sin embargo en la realidad muchos
materiales presentan diferentes coeficientes de endurecimiento por lo que seguacuten el tipo
de comportamiento la metodologiacutea de indentacioacuten captura mejor el comportamiento
uniaxial a bajas deformaciones (cerca del liacutemite elaacutestico) o en otros casos a
deformaciones mayores desajustaacutendose entonces la prediccioacuten del liacutemite elaacutestico
Por otra parte en materiales con tendencia a desarrollar apilamiento la friccioacuten entre el
indentador y el material indentado puede tener un efecto considerable en los valores
experimentales de dureza En el caso de las aleaciones de titanio objeto del presente
estudio la combinacioacuten de liacutemites elaacutesticos elevados junto a coeficientes de
endurecimiento por deformacioacuten muy bajos da lugar a deformaciones superficiales no
muy acusadas pero que a pesar de eso pueden verse afectadas de forma apreciable por
la friccioacuten La valoracioacuten del efecto de la friccioacuten entre el indentador y el material
11
aporta una prediccioacuten maacutes precisa de las propiedades mecaacutenicas ya que la friccioacuten entre
las caras del indentador distorsiona la deformacioacuten superficial y por tanto el valor de
dureza obtenido Tal como se muestra en la Tabla III los nuevos valores de propiedades
mecaacutenicas obtenidos con este meacutetodo iterativo son maacutes cercanos a aquellos medidos
experimentalmente
4 CONCLUSIONES
La metodologiacutea de indentacioacuten utilizada para evaluar las propiedades uniaxiales de
uniones soldadas por friccioacuten lineal de aleaciones de titanio solicitadas a traccioacuten
supone una herramienta muy uacutetil ya que muestra una correspondencia razonable entre
los resultados numeacutericos y los experimentales
Agradecimientos
Los autores agradecen al Dr Olaf Roder de la empresa MTU Aero Engines y a The
Welding Institute por el suministro del material que ha sido utilizado en este proyecto
A la Comunidad Europea por la financiacioacuten del proyecto DUTIFRISK ref G4RD-CT-
2001-00631 y al Ministerio de Educacioacuten y Ciencia por el proyecto MAT03-01685 A
la Dra M Marsal y al Dr JM Manero por la colaboracioacuten prestada en el estudio por
microscopiacutea electroacutenica
12
5 REFERENCIAS
[1] WA Baeslack III DW Becker y FH Froes J Metals (1984) 47-58 [2] P F Mendez y T W Eagar Adv Mater amp Proc 159 5 (2001) 39-43 [3] L Drsquo Alvise E Massoni y SJ Walloe J Mater Process Tech 125-126 (2002) 387-391 [4] A Varis y M Frost Wear 217 (1998)117-131 [5] A Varis y M Frost Mat Sci Eng A292 (2000) 8-17 [6] M Mata y J Alcalaacute J Mater Res18 (2003) 1705-1709 [7] M Garrido AJ Loacutepez J Rodriacuteguez Rev Metal Madrid 40 (2004) 380-383 [8] M Mata y J Alcalaacute J Mech Phys Solids 52 (2004) 145-165 [9] P Tariacuten Rev Metal Madrid 26 (1990) 395-409 [10] S Daquian R Zhenan Z Zhenfeng T North Z Yang y S Sathian J Mater Sci Tech Vol 16 No 1 (2000) 59-62 [11] T Mohandas D Banerjee y VV Kutumba Rao Mater Sci Eng A289 (2000) 70-82 [12] A Wisbey IC Wallis HS Ubhi P Sketchley CM Ward-Close y PL ThreadgillWA Proc Titaniumrsquo99 vol 3 Saint-Petersburg Russia 1999 IV Gorynin SS Ushkov (Eds) pp 1718-1725
13
Fig 1 Paraacutemetros para la evaluacioacuten de la deformacioacuten en torno a la indentacioacuten
Fig 1 Parameters for evaluation of the deformation around the indentation
P
h hs
P
h hs
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Fig 2 Microestructura de la aleacioacuten Ti-6246 metalografiacutea mediante MEB
Fig 2 Microstructure of Ti-6246 alloy scanning electron micrograph
15
(a)
(b)
Fig 3 Microestructura mediante MEB de las aleaciones correspondientes a los aacutelabes
(a) Ti-64 (b) Ti-6242
Fig 3 SEM micrographs of blade titanium alloys microstructure
(a) Ti-64 (b) Ti-6242
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Fig 4 Macrografiacutea de la unioacuten soldada Ti-6246 + Ti-64
Fig 4 Macrograph of the cross section of welded joint Ti-6246+Ti-64
17
Fig 5 Micrografiacutea de la unioacuten soldada Ti-6246+Ti-6242
Fig 5 Micrographs of the cross section of welded joint Ti-6246+Ti-6242
Ti-6246 Ti-6242
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Fig 6 Perfil de durezas en la soldadura Ti-6246 + Ti-64
Fig 6 Hardness distribution for the weld Ti-6246 + Ti-64
-6 -4 -2 2 4 6
30
35
40
45
50
Ti-64Ti-6246D
ure
za(H
) G
Pa
Distancia (mm)
19
Fig 7 Evolucioacuten de la dureza a lo largo de la ZAT de la unioacuten Ti-6246 +Ti-64
Fig 7 Hardness evolution across the HAZ for joint Ti-6246 +Ti-64
-600 -400 -200 200 400 600
35
40
45
50
Ti-64Ti-6246
D
ure
za (
H)
GP
a
Distancia a la unioacuten (m)
20
Fig 8 Evolucioacuten de la dureza a lo largo de la ZAT de la unioacuten Ti-6246 +Ti-6242
Fig 8 Evolution of hardness in the HAZ for joint Ti-6246 +Ti-6242
-600 -400 -200 200 400 600
35
40
45
50
Ti-6242Ti-6246
Dur
eza
(H
) G
Pa
Distancia a la unioacuten (m)
21
Fig 9 Curvas esfuerzo-deformacioacuten experimental y numeacuterica para la aleacioacuten Ti-64
Fig 9 StressndashStrain plot showing the comparison between experimental and numerical
results for alloy Ti-64
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
0 002 004 006 008 01
Deformacioacuten real
Te
ns
ioacuten
re
al
(MP
a)
Curva real
Indentacion
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Tabla I Propiedades mecaacutenicas estimadas mediante indentacioacuten
Table I Estimation of mechanical properties by indentation methodology
Disco
Ti-6246
Aacutelabe
Unioacuten
Ti-64 Ti-6242 Ti-6246 + Ti-64 Ti-6246 + Ti-64
ys (MPa) 1317 1079 1147 1968 1907
n 007 011 009 003 003
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Tabla II Resultados experimentales de los ensayos de traccioacuten de uniones y metales
base
Table II Experimental results from tensile test of welds and base metals
Liacutemite Elaacutestico ys (MPa)
Resist MaacuteximaRm (MPa)
Elongacioacuten()
Zona de Rotura
Ti-6246 +
Ti-6242
1026
1093
12
Metal base Ti-6242
ys = 1037 Rm = 1100
Ti-6246 +
Ti64
986
1032
14
Metal base Ti-64
ys = 982 Rm = 1020
24
Tabla III Comparacioacuten de propiedades mecaacutenicas uniaxiales para la aleacioacuten Ti-64
Table III Correlation between uniaxial mechanical properties for alloy Ti-64
Resultados
Experimentales
Metodologiacutea de
indentacioacuten
Metodologiacutea de indentacioacuten corregida
por friccioacuten
ys (MPa) 982 1074 996
n 006 010 008
25
RELACIOacuteN PIE DE FIGURAS
Fig 1 Paraacutemetros para la evaluacioacuten de la deformacioacuten en torno a la indentacioacuten
Fig 1 Parameters for evaluation of the deformation around the indentation
Fig 2 Microestructura de la aleacioacuten Ti-6246 metalografiacutea mediante MEB
Fig 2 Microstructure of Ti-6246 alloy scanning electron micrograph
Fig 3 Microestructura mediante MEB de las aleaciones correspondientes a los aacutelabes (a) Ti-64 (b) Ti-6242
Fig 3 SEM micrographs of blade titanium alloys microstructure
(a) Ti-64 (b) Ti-6242
Fig 4 Macrografiacutea de la unioacuten soldada Ti-6246 + Ti-64
Fig 4 Macrograph of the cross section of welded joint Ti-6246+Ti-64
Fig 5 Micrografiacutea de la unioacuten soldada Ti-6246+Ti-6242
Fig 5 Micrographs of the cross section of welded joint Ti-6246+Ti-6242
Fig 6 Perfil de durezas en la soldadura Ti-6246 + Ti-64
Fig 6 Hardness distribution for the weld Ti-6246 + Ti-64
Fig 7 Evolucioacuten de la dureza a lo largo de la ZAT de la unioacuten Ti-6246 +Ti-64
Fig 7 Hardness evolution across the HAZ for joint Ti-6246 +Ti-64
Fig 8 Evolucioacuten de la dureza a lo largo de la ZAT de la unioacuten Ti-6246 +Ti-6242
Fig 8 Evolution of hardness in the HAZ for joint Ti-6246 +Ti-6242
Fig 9 Curvas esfuerzo-deformacioacuten experimental y numeacuterica para la aleacioacuten Ti-64
Fig 9 StressndashStrain plot showing the comparison between experimental and numerical results for alloy Ti-64
26
RELACIOacuteN DE TABLAS
Tabla I Propiedades mecaacutenicas estimadas mediante indentacioacuten
Table I Estimation of mechanical properties by indentation methodology
Tabla II Resultados experimentales de los ensayos de traccioacuten de uniones y metales
base
Table II Experimental results from tensile test of welds and base metals
Tabla III Comparacioacuten de propiedades mecaacutenicas uniaxiales para la aleacioacuten Ti-64
Table III Correlation between uniaxial mechanical properties for alloy Ti-64
7
la ecuacioacuten constitutiva ecuacioacuten (1) una vez conocidos el coeficiente de
endurecimiento el moacutedulo de Young y la tensioacuten representativa r Operando con dicha
ecuacioacuten y asumiendo continuidad entre la zona elaacutestica y la zona plaacutestica de la curva
uniaxial se llega a la siguiente expresioacuten
)1()1(1 )10( nnnrys E (4)
Finalmente se utilizoacute la metodologiacutea descrita en [8] a fin de establecer la influencia del
coeficiente de friccioacuten sobre las propiedades obtenidas anteriormente Para ello se
empleoacute el meacutetodo iterativo propuesto en ese trabajo que permite extraer los valores de
dureza Ho y o que se esperariacutean si el material hubiese sido sometido a indentacioacuten sin
friccioacuten
23 Ensayos de traccioacuten
Los ensayos de traccioacuten se llevaron a cabo en una maacutequina universal a una velocidad de
desplazamiento de 2 mmmin Se mecanizaron probetas planas a partir del bloque
soldado el cual media 15 x 36 mm y 60 mm de longitud El liacutemite elaacutestico la
resistencia maacutexima y la deformacioacuten a rotura se calcularon a partir de las curvas
esfuerzo-deformacioacuten reales
3 RESULTADOS Y DISCUSIOacuteN
31 Caracterizacioacuten microscoacutepica de la unioacuten
En las figuras 2 y 3 pueden observase las microestructuras de los metales base
caracterizadas mediante MEB De acuerdo con la metalurgia del titanio[9] y como
resultado de la forja en la regioacuten de la aleacioacuten Ti-6246 se produce una
8
microestructura con grandes granos de fase En el enfriamiento desde la regioacuten se
forman agujas de y tambieacuten precipita fase discontinua a lo largo de los liacutemites de
grano (Fig 2) Durante el envejecimiento aparece una gran cantidad de placas finas de
secundaria
La microestructura de las aleaciones Ti-64 y Ti-6242 tiene una distribucioacuten bi-modal de
noacutedulos de fase -primaria y colonias tipo Windmanstaumltten de (Fig 3) Para el Ti-
64 los noacutedulos de -primaria tienen un tamantildeo medio de 20 m y suponen una fraccioacuten
en volumen de aproximadamente 45 (Fig 3a) Esta fase se encuentra en mayor
proporcioacuten (asymp 60) en el Ti-6242 (Fig 3b)
Los factores que permiten evaluar la integridad de una unioacuten por friccioacuten lineal son tipo
y espesor de ldquoflashrdquo presencia de defectos extensioacuten de la ZAT y cambios
microestructurales a lo largo de la misma siendo en los dos uacuteltimos aspectos en los que
se centra el intereacutes de este estudio
El tamantildeo de la ZAT evaluada a partir de la observacioacuten de cambios microestructurales
con respecto a los materiales base es similar en las dos uniones con un valor de
127 mm para el Ti-64 y 152 mm para el Ti-6242 Es preciso especificar que dichas
mediciones fueron hechas a un tercio del espesor de la probeta puesto que en las zonas
proacuteximas a los bordes se produce un notable ensanchamiento tal y como se aprecia en
la figura 4
La figura 5 muestra la micrografiacutea de la seccioacuten transversal en una unioacuten soldada entre
Ti-6246 y Ti-6242 Siguiendo la misma notacioacuten utilizada en trabajos previos[10] se
pueden distinguir tres regiones diferentes regioacuten de transformacioacuten de fase regioacuten con
deformacioacuten (en la que se observa claramente la fase -primaria alargada por efecto de
la friccioacuten) y regioacuten de metal base sin cambios
9
32 Propiedades Mecaacutenicas
321 Ensayos de dureza
La figura 6 recoge los valores obtenidos en una unioacuten Ti-6246Ti-64 en una liacutenea de
medicioacuten que abarca los dos metales base asiacute como la parte central de la ZAT Para la
otra unioacuten el perfil es muy similar De estos perfiles se deduce que la extensioacuten de la
ZAT es mayor a la medida realizada considerando los cambios microestructurales
cuyos valores se dieron en el apartado 31 Por ejemplo para la unioacuten mostrada en la
figura 6 el perfil de durezas muestra que la ZAT alcanza un valor aproximado de 2 mm
con 1 mm a cada lado de la liacutenea de unioacuten
Puede apreciarse el crecimiento de la dureza en la ZAT siendo maacutes pronunciado y
uniforme en el lado que corresponde a la aleacioacuten Ti-6246 La evolucioacuten de las durezas
en la zona central de la unioacuten se muestra con maacutes detalle en las figuras 7 y 8 En
general los mayores valores de dureza se presentan en la zona de transformacioacuten y
decrecen con la distancia desde la interfase hacia los extremos Para el caso de la ZAT
en los metales base con microestructura bi-modal (Ti-64 y Ti-6242) esta disminucioacuten
es contundente mientras que el Ti-6246 presenta un perfil de dureza maacutes homogeacuteneo
En la tabla I se indican los valores de las propiedades mecaacutenicas (ys y n) estimados a
partir de los datos experimentales obtenidos con las indentaciones tanto en los metales
base como en la unioacuten Como era de esperar los altos valores de dureza en la unioacuten se
traducen en una prediccioacuten de un liacutemite elaacutestico muy elevado
322 Ensayos de traccioacuten
De cada unioacuten se extrajeron dos probetas con su eje principal orientado
transversalmente a la soldadura A partir de los resultados estimados para las estructuras
10
bimodal y laminar (Tabla I) se podiacutea deducir que la rotura tendriacutea lugar en la primera
ya que presenta un menor ys y un n similar Esta prediccioacuten se confirmoacute con los
ensayos de traccioacuten La Tabla II presenta las tensiones de rotura de las uniones las
cuales se situaron entre 1030 y 1090 MPa valores bastante proacuteximos a los de los
metales base por los que se produjo la fractura tambieacuten incorporados en la misma tabla
Estos resultados son consistentes con los obtenidos por Mohandas et al[11] y Wisbey et
al[12] en aleaciones de titanio en las que la unioacuten superaba las propiedades del
metal base
Con objeto de comprobar el grado de ajuste entre datos experimentales y las
estimaciones de la metodologiacutea de indentacioacuten se compararon la curva esfuerzo-
deformacioacuten obtenida en un ensayo de traccioacuten en la aleacioacuten Ti-64 y la trazada con las
modelizaciones por elementos finitos (Fig 9) Como se puede observar la metodologiacutea
de indentacioacuten asume siempre un comportamiento potencial perfecto con un valor
constante del coeficiente de endurecimiento Sin embargo en la realidad muchos
materiales presentan diferentes coeficientes de endurecimiento por lo que seguacuten el tipo
de comportamiento la metodologiacutea de indentacioacuten captura mejor el comportamiento
uniaxial a bajas deformaciones (cerca del liacutemite elaacutestico) o en otros casos a
deformaciones mayores desajustaacutendose entonces la prediccioacuten del liacutemite elaacutestico
Por otra parte en materiales con tendencia a desarrollar apilamiento la friccioacuten entre el
indentador y el material indentado puede tener un efecto considerable en los valores
experimentales de dureza En el caso de las aleaciones de titanio objeto del presente
estudio la combinacioacuten de liacutemites elaacutesticos elevados junto a coeficientes de
endurecimiento por deformacioacuten muy bajos da lugar a deformaciones superficiales no
muy acusadas pero que a pesar de eso pueden verse afectadas de forma apreciable por
la friccioacuten La valoracioacuten del efecto de la friccioacuten entre el indentador y el material
11
aporta una prediccioacuten maacutes precisa de las propiedades mecaacutenicas ya que la friccioacuten entre
las caras del indentador distorsiona la deformacioacuten superficial y por tanto el valor de
dureza obtenido Tal como se muestra en la Tabla III los nuevos valores de propiedades
mecaacutenicas obtenidos con este meacutetodo iterativo son maacutes cercanos a aquellos medidos
experimentalmente
4 CONCLUSIONES
La metodologiacutea de indentacioacuten utilizada para evaluar las propiedades uniaxiales de
uniones soldadas por friccioacuten lineal de aleaciones de titanio solicitadas a traccioacuten
supone una herramienta muy uacutetil ya que muestra una correspondencia razonable entre
los resultados numeacutericos y los experimentales
Agradecimientos
Los autores agradecen al Dr Olaf Roder de la empresa MTU Aero Engines y a The
Welding Institute por el suministro del material que ha sido utilizado en este proyecto
A la Comunidad Europea por la financiacioacuten del proyecto DUTIFRISK ref G4RD-CT-
2001-00631 y al Ministerio de Educacioacuten y Ciencia por el proyecto MAT03-01685 A
la Dra M Marsal y al Dr JM Manero por la colaboracioacuten prestada en el estudio por
microscopiacutea electroacutenica
12
5 REFERENCIAS
[1] WA Baeslack III DW Becker y FH Froes J Metals (1984) 47-58 [2] P F Mendez y T W Eagar Adv Mater amp Proc 159 5 (2001) 39-43 [3] L Drsquo Alvise E Massoni y SJ Walloe J Mater Process Tech 125-126 (2002) 387-391 [4] A Varis y M Frost Wear 217 (1998)117-131 [5] A Varis y M Frost Mat Sci Eng A292 (2000) 8-17 [6] M Mata y J Alcalaacute J Mater Res18 (2003) 1705-1709 [7] M Garrido AJ Loacutepez J Rodriacuteguez Rev Metal Madrid 40 (2004) 380-383 [8] M Mata y J Alcalaacute J Mech Phys Solids 52 (2004) 145-165 [9] P Tariacuten Rev Metal Madrid 26 (1990) 395-409 [10] S Daquian R Zhenan Z Zhenfeng T North Z Yang y S Sathian J Mater Sci Tech Vol 16 No 1 (2000) 59-62 [11] T Mohandas D Banerjee y VV Kutumba Rao Mater Sci Eng A289 (2000) 70-82 [12] A Wisbey IC Wallis HS Ubhi P Sketchley CM Ward-Close y PL ThreadgillWA Proc Titaniumrsquo99 vol 3 Saint-Petersburg Russia 1999 IV Gorynin SS Ushkov (Eds) pp 1718-1725
13
Fig 1 Paraacutemetros para la evaluacioacuten de la deformacioacuten en torno a la indentacioacuten
Fig 1 Parameters for evaluation of the deformation around the indentation
P
h hs
P
h hs
14
Fig 2 Microestructura de la aleacioacuten Ti-6246 metalografiacutea mediante MEB
Fig 2 Microstructure of Ti-6246 alloy scanning electron micrograph
15
(a)
(b)
Fig 3 Microestructura mediante MEB de las aleaciones correspondientes a los aacutelabes
(a) Ti-64 (b) Ti-6242
Fig 3 SEM micrographs of blade titanium alloys microstructure
(a) Ti-64 (b) Ti-6242
16
Fig 4 Macrografiacutea de la unioacuten soldada Ti-6246 + Ti-64
Fig 4 Macrograph of the cross section of welded joint Ti-6246+Ti-64
17
Fig 5 Micrografiacutea de la unioacuten soldada Ti-6246+Ti-6242
Fig 5 Micrographs of the cross section of welded joint Ti-6246+Ti-6242
Ti-6246 Ti-6242
18
Fig 6 Perfil de durezas en la soldadura Ti-6246 + Ti-64
Fig 6 Hardness distribution for the weld Ti-6246 + Ti-64
-6 -4 -2 2 4 6
30
35
40
45
50
Ti-64Ti-6246D
ure
za(H
) G
Pa
Distancia (mm)
19
Fig 7 Evolucioacuten de la dureza a lo largo de la ZAT de la unioacuten Ti-6246 +Ti-64
Fig 7 Hardness evolution across the HAZ for joint Ti-6246 +Ti-64
-600 -400 -200 200 400 600
35
40
45
50
Ti-64Ti-6246
D
ure
za (
H)
GP
a
Distancia a la unioacuten (m)
20
Fig 8 Evolucioacuten de la dureza a lo largo de la ZAT de la unioacuten Ti-6246 +Ti-6242
Fig 8 Evolution of hardness in the HAZ for joint Ti-6246 +Ti-6242
-600 -400 -200 200 400 600
35
40
45
50
Ti-6242Ti-6246
Dur
eza
(H
) G
Pa
Distancia a la unioacuten (m)
21
Fig 9 Curvas esfuerzo-deformacioacuten experimental y numeacuterica para la aleacioacuten Ti-64
Fig 9 StressndashStrain plot showing the comparison between experimental and numerical
results for alloy Ti-64
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
0 002 004 006 008 01
Deformacioacuten real
Te
ns
ioacuten
re
al
(MP
a)
Curva real
Indentacion
22
Tabla I Propiedades mecaacutenicas estimadas mediante indentacioacuten
Table I Estimation of mechanical properties by indentation methodology
Disco
Ti-6246
Aacutelabe
Unioacuten
Ti-64 Ti-6242 Ti-6246 + Ti-64 Ti-6246 + Ti-64
ys (MPa) 1317 1079 1147 1968 1907
n 007 011 009 003 003
23
Tabla II Resultados experimentales de los ensayos de traccioacuten de uniones y metales
base
Table II Experimental results from tensile test of welds and base metals
Liacutemite Elaacutestico ys (MPa)
Resist MaacuteximaRm (MPa)
Elongacioacuten()
Zona de Rotura
Ti-6246 +
Ti-6242
1026
1093
12
Metal base Ti-6242
ys = 1037 Rm = 1100
Ti-6246 +
Ti64
986
1032
14
Metal base Ti-64
ys = 982 Rm = 1020
24
Tabla III Comparacioacuten de propiedades mecaacutenicas uniaxiales para la aleacioacuten Ti-64
Table III Correlation between uniaxial mechanical properties for alloy Ti-64
Resultados
Experimentales
Metodologiacutea de
indentacioacuten
Metodologiacutea de indentacioacuten corregida
por friccioacuten
ys (MPa) 982 1074 996
n 006 010 008
25
RELACIOacuteN PIE DE FIGURAS
Fig 1 Paraacutemetros para la evaluacioacuten de la deformacioacuten en torno a la indentacioacuten
Fig 1 Parameters for evaluation of the deformation around the indentation
Fig 2 Microestructura de la aleacioacuten Ti-6246 metalografiacutea mediante MEB
Fig 2 Microstructure of Ti-6246 alloy scanning electron micrograph
Fig 3 Microestructura mediante MEB de las aleaciones correspondientes a los aacutelabes (a) Ti-64 (b) Ti-6242
Fig 3 SEM micrographs of blade titanium alloys microstructure
(a) Ti-64 (b) Ti-6242
Fig 4 Macrografiacutea de la unioacuten soldada Ti-6246 + Ti-64
Fig 4 Macrograph of the cross section of welded joint Ti-6246+Ti-64
Fig 5 Micrografiacutea de la unioacuten soldada Ti-6246+Ti-6242
Fig 5 Micrographs of the cross section of welded joint Ti-6246+Ti-6242
Fig 6 Perfil de durezas en la soldadura Ti-6246 + Ti-64
Fig 6 Hardness distribution for the weld Ti-6246 + Ti-64
Fig 7 Evolucioacuten de la dureza a lo largo de la ZAT de la unioacuten Ti-6246 +Ti-64
Fig 7 Hardness evolution across the HAZ for joint Ti-6246 +Ti-64
Fig 8 Evolucioacuten de la dureza a lo largo de la ZAT de la unioacuten Ti-6246 +Ti-6242
Fig 8 Evolution of hardness in the HAZ for joint Ti-6246 +Ti-6242
Fig 9 Curvas esfuerzo-deformacioacuten experimental y numeacuterica para la aleacioacuten Ti-64
Fig 9 StressndashStrain plot showing the comparison between experimental and numerical results for alloy Ti-64
26
RELACIOacuteN DE TABLAS
Tabla I Propiedades mecaacutenicas estimadas mediante indentacioacuten
Table I Estimation of mechanical properties by indentation methodology
Tabla II Resultados experimentales de los ensayos de traccioacuten de uniones y metales
base
Table II Experimental results from tensile test of welds and base metals
Tabla III Comparacioacuten de propiedades mecaacutenicas uniaxiales para la aleacioacuten Ti-64
Table III Correlation between uniaxial mechanical properties for alloy Ti-64
8
microestructura con grandes granos de fase En el enfriamiento desde la regioacuten se
forman agujas de y tambieacuten precipita fase discontinua a lo largo de los liacutemites de
grano (Fig 2) Durante el envejecimiento aparece una gran cantidad de placas finas de
secundaria
La microestructura de las aleaciones Ti-64 y Ti-6242 tiene una distribucioacuten bi-modal de
noacutedulos de fase -primaria y colonias tipo Windmanstaumltten de (Fig 3) Para el Ti-
64 los noacutedulos de -primaria tienen un tamantildeo medio de 20 m y suponen una fraccioacuten
en volumen de aproximadamente 45 (Fig 3a) Esta fase se encuentra en mayor
proporcioacuten (asymp 60) en el Ti-6242 (Fig 3b)
Los factores que permiten evaluar la integridad de una unioacuten por friccioacuten lineal son tipo
y espesor de ldquoflashrdquo presencia de defectos extensioacuten de la ZAT y cambios
microestructurales a lo largo de la misma siendo en los dos uacuteltimos aspectos en los que
se centra el intereacutes de este estudio
El tamantildeo de la ZAT evaluada a partir de la observacioacuten de cambios microestructurales
con respecto a los materiales base es similar en las dos uniones con un valor de
127 mm para el Ti-64 y 152 mm para el Ti-6242 Es preciso especificar que dichas
mediciones fueron hechas a un tercio del espesor de la probeta puesto que en las zonas
proacuteximas a los bordes se produce un notable ensanchamiento tal y como se aprecia en
la figura 4
La figura 5 muestra la micrografiacutea de la seccioacuten transversal en una unioacuten soldada entre
Ti-6246 y Ti-6242 Siguiendo la misma notacioacuten utilizada en trabajos previos[10] se
pueden distinguir tres regiones diferentes regioacuten de transformacioacuten de fase regioacuten con
deformacioacuten (en la que se observa claramente la fase -primaria alargada por efecto de
la friccioacuten) y regioacuten de metal base sin cambios
9
32 Propiedades Mecaacutenicas
321 Ensayos de dureza
La figura 6 recoge los valores obtenidos en una unioacuten Ti-6246Ti-64 en una liacutenea de
medicioacuten que abarca los dos metales base asiacute como la parte central de la ZAT Para la
otra unioacuten el perfil es muy similar De estos perfiles se deduce que la extensioacuten de la
ZAT es mayor a la medida realizada considerando los cambios microestructurales
cuyos valores se dieron en el apartado 31 Por ejemplo para la unioacuten mostrada en la
figura 6 el perfil de durezas muestra que la ZAT alcanza un valor aproximado de 2 mm
con 1 mm a cada lado de la liacutenea de unioacuten
Puede apreciarse el crecimiento de la dureza en la ZAT siendo maacutes pronunciado y
uniforme en el lado que corresponde a la aleacioacuten Ti-6246 La evolucioacuten de las durezas
en la zona central de la unioacuten se muestra con maacutes detalle en las figuras 7 y 8 En
general los mayores valores de dureza se presentan en la zona de transformacioacuten y
decrecen con la distancia desde la interfase hacia los extremos Para el caso de la ZAT
en los metales base con microestructura bi-modal (Ti-64 y Ti-6242) esta disminucioacuten
es contundente mientras que el Ti-6246 presenta un perfil de dureza maacutes homogeacuteneo
En la tabla I se indican los valores de las propiedades mecaacutenicas (ys y n) estimados a
partir de los datos experimentales obtenidos con las indentaciones tanto en los metales
base como en la unioacuten Como era de esperar los altos valores de dureza en la unioacuten se
traducen en una prediccioacuten de un liacutemite elaacutestico muy elevado
322 Ensayos de traccioacuten
De cada unioacuten se extrajeron dos probetas con su eje principal orientado
transversalmente a la soldadura A partir de los resultados estimados para las estructuras
10
bimodal y laminar (Tabla I) se podiacutea deducir que la rotura tendriacutea lugar en la primera
ya que presenta un menor ys y un n similar Esta prediccioacuten se confirmoacute con los
ensayos de traccioacuten La Tabla II presenta las tensiones de rotura de las uniones las
cuales se situaron entre 1030 y 1090 MPa valores bastante proacuteximos a los de los
metales base por los que se produjo la fractura tambieacuten incorporados en la misma tabla
Estos resultados son consistentes con los obtenidos por Mohandas et al[11] y Wisbey et
al[12] en aleaciones de titanio en las que la unioacuten superaba las propiedades del
metal base
Con objeto de comprobar el grado de ajuste entre datos experimentales y las
estimaciones de la metodologiacutea de indentacioacuten se compararon la curva esfuerzo-
deformacioacuten obtenida en un ensayo de traccioacuten en la aleacioacuten Ti-64 y la trazada con las
modelizaciones por elementos finitos (Fig 9) Como se puede observar la metodologiacutea
de indentacioacuten asume siempre un comportamiento potencial perfecto con un valor
constante del coeficiente de endurecimiento Sin embargo en la realidad muchos
materiales presentan diferentes coeficientes de endurecimiento por lo que seguacuten el tipo
de comportamiento la metodologiacutea de indentacioacuten captura mejor el comportamiento
uniaxial a bajas deformaciones (cerca del liacutemite elaacutestico) o en otros casos a
deformaciones mayores desajustaacutendose entonces la prediccioacuten del liacutemite elaacutestico
Por otra parte en materiales con tendencia a desarrollar apilamiento la friccioacuten entre el
indentador y el material indentado puede tener un efecto considerable en los valores
experimentales de dureza En el caso de las aleaciones de titanio objeto del presente
estudio la combinacioacuten de liacutemites elaacutesticos elevados junto a coeficientes de
endurecimiento por deformacioacuten muy bajos da lugar a deformaciones superficiales no
muy acusadas pero que a pesar de eso pueden verse afectadas de forma apreciable por
la friccioacuten La valoracioacuten del efecto de la friccioacuten entre el indentador y el material
11
aporta una prediccioacuten maacutes precisa de las propiedades mecaacutenicas ya que la friccioacuten entre
las caras del indentador distorsiona la deformacioacuten superficial y por tanto el valor de
dureza obtenido Tal como se muestra en la Tabla III los nuevos valores de propiedades
mecaacutenicas obtenidos con este meacutetodo iterativo son maacutes cercanos a aquellos medidos
experimentalmente
4 CONCLUSIONES
La metodologiacutea de indentacioacuten utilizada para evaluar las propiedades uniaxiales de
uniones soldadas por friccioacuten lineal de aleaciones de titanio solicitadas a traccioacuten
supone una herramienta muy uacutetil ya que muestra una correspondencia razonable entre
los resultados numeacutericos y los experimentales
Agradecimientos
Los autores agradecen al Dr Olaf Roder de la empresa MTU Aero Engines y a The
Welding Institute por el suministro del material que ha sido utilizado en este proyecto
A la Comunidad Europea por la financiacioacuten del proyecto DUTIFRISK ref G4RD-CT-
2001-00631 y al Ministerio de Educacioacuten y Ciencia por el proyecto MAT03-01685 A
la Dra M Marsal y al Dr JM Manero por la colaboracioacuten prestada en el estudio por
microscopiacutea electroacutenica
12
5 REFERENCIAS
[1] WA Baeslack III DW Becker y FH Froes J Metals (1984) 47-58 [2] P F Mendez y T W Eagar Adv Mater amp Proc 159 5 (2001) 39-43 [3] L Drsquo Alvise E Massoni y SJ Walloe J Mater Process Tech 125-126 (2002) 387-391 [4] A Varis y M Frost Wear 217 (1998)117-131 [5] A Varis y M Frost Mat Sci Eng A292 (2000) 8-17 [6] M Mata y J Alcalaacute J Mater Res18 (2003) 1705-1709 [7] M Garrido AJ Loacutepez J Rodriacuteguez Rev Metal Madrid 40 (2004) 380-383 [8] M Mata y J Alcalaacute J Mech Phys Solids 52 (2004) 145-165 [9] P Tariacuten Rev Metal Madrid 26 (1990) 395-409 [10] S Daquian R Zhenan Z Zhenfeng T North Z Yang y S Sathian J Mater Sci Tech Vol 16 No 1 (2000) 59-62 [11] T Mohandas D Banerjee y VV Kutumba Rao Mater Sci Eng A289 (2000) 70-82 [12] A Wisbey IC Wallis HS Ubhi P Sketchley CM Ward-Close y PL ThreadgillWA Proc Titaniumrsquo99 vol 3 Saint-Petersburg Russia 1999 IV Gorynin SS Ushkov (Eds) pp 1718-1725
13
Fig 1 Paraacutemetros para la evaluacioacuten de la deformacioacuten en torno a la indentacioacuten
Fig 1 Parameters for evaluation of the deformation around the indentation
P
h hs
P
h hs
14
Fig 2 Microestructura de la aleacioacuten Ti-6246 metalografiacutea mediante MEB
Fig 2 Microstructure of Ti-6246 alloy scanning electron micrograph
15
(a)
(b)
Fig 3 Microestructura mediante MEB de las aleaciones correspondientes a los aacutelabes
(a) Ti-64 (b) Ti-6242
Fig 3 SEM micrographs of blade titanium alloys microstructure
(a) Ti-64 (b) Ti-6242
16
Fig 4 Macrografiacutea de la unioacuten soldada Ti-6246 + Ti-64
Fig 4 Macrograph of the cross section of welded joint Ti-6246+Ti-64
17
Fig 5 Micrografiacutea de la unioacuten soldada Ti-6246+Ti-6242
Fig 5 Micrographs of the cross section of welded joint Ti-6246+Ti-6242
Ti-6246 Ti-6242
18
Fig 6 Perfil de durezas en la soldadura Ti-6246 + Ti-64
Fig 6 Hardness distribution for the weld Ti-6246 + Ti-64
-6 -4 -2 2 4 6
30
35
40
45
50
Ti-64Ti-6246D
ure
za(H
) G
Pa
Distancia (mm)
19
Fig 7 Evolucioacuten de la dureza a lo largo de la ZAT de la unioacuten Ti-6246 +Ti-64
Fig 7 Hardness evolution across the HAZ for joint Ti-6246 +Ti-64
-600 -400 -200 200 400 600
35
40
45
50
Ti-64Ti-6246
D
ure
za (
H)
GP
a
Distancia a la unioacuten (m)
20
Fig 8 Evolucioacuten de la dureza a lo largo de la ZAT de la unioacuten Ti-6246 +Ti-6242
Fig 8 Evolution of hardness in the HAZ for joint Ti-6246 +Ti-6242
-600 -400 -200 200 400 600
35
40
45
50
Ti-6242Ti-6246
Dur
eza
(H
) G
Pa
Distancia a la unioacuten (m)
21
Fig 9 Curvas esfuerzo-deformacioacuten experimental y numeacuterica para la aleacioacuten Ti-64
Fig 9 StressndashStrain plot showing the comparison between experimental and numerical
results for alloy Ti-64
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
0 002 004 006 008 01
Deformacioacuten real
Te
ns
ioacuten
re
al
(MP
a)
Curva real
Indentacion
22
Tabla I Propiedades mecaacutenicas estimadas mediante indentacioacuten
Table I Estimation of mechanical properties by indentation methodology
Disco
Ti-6246
Aacutelabe
Unioacuten
Ti-64 Ti-6242 Ti-6246 + Ti-64 Ti-6246 + Ti-64
ys (MPa) 1317 1079 1147 1968 1907
n 007 011 009 003 003
23
Tabla II Resultados experimentales de los ensayos de traccioacuten de uniones y metales
base
Table II Experimental results from tensile test of welds and base metals
Liacutemite Elaacutestico ys (MPa)
Resist MaacuteximaRm (MPa)
Elongacioacuten()
Zona de Rotura
Ti-6246 +
Ti-6242
1026
1093
12
Metal base Ti-6242
ys = 1037 Rm = 1100
Ti-6246 +
Ti64
986
1032
14
Metal base Ti-64
ys = 982 Rm = 1020
24
Tabla III Comparacioacuten de propiedades mecaacutenicas uniaxiales para la aleacioacuten Ti-64
Table III Correlation between uniaxial mechanical properties for alloy Ti-64
Resultados
Experimentales
Metodologiacutea de
indentacioacuten
Metodologiacutea de indentacioacuten corregida
por friccioacuten
ys (MPa) 982 1074 996
n 006 010 008
25
RELACIOacuteN PIE DE FIGURAS
Fig 1 Paraacutemetros para la evaluacioacuten de la deformacioacuten en torno a la indentacioacuten
Fig 1 Parameters for evaluation of the deformation around the indentation
Fig 2 Microestructura de la aleacioacuten Ti-6246 metalografiacutea mediante MEB
Fig 2 Microstructure of Ti-6246 alloy scanning electron micrograph
Fig 3 Microestructura mediante MEB de las aleaciones correspondientes a los aacutelabes (a) Ti-64 (b) Ti-6242
Fig 3 SEM micrographs of blade titanium alloys microstructure
(a) Ti-64 (b) Ti-6242
Fig 4 Macrografiacutea de la unioacuten soldada Ti-6246 + Ti-64
Fig 4 Macrograph of the cross section of welded joint Ti-6246+Ti-64
Fig 5 Micrografiacutea de la unioacuten soldada Ti-6246+Ti-6242
Fig 5 Micrographs of the cross section of welded joint Ti-6246+Ti-6242
Fig 6 Perfil de durezas en la soldadura Ti-6246 + Ti-64
Fig 6 Hardness distribution for the weld Ti-6246 + Ti-64
Fig 7 Evolucioacuten de la dureza a lo largo de la ZAT de la unioacuten Ti-6246 +Ti-64
Fig 7 Hardness evolution across the HAZ for joint Ti-6246 +Ti-64
Fig 8 Evolucioacuten de la dureza a lo largo de la ZAT de la unioacuten Ti-6246 +Ti-6242
Fig 8 Evolution of hardness in the HAZ for joint Ti-6246 +Ti-6242
Fig 9 Curvas esfuerzo-deformacioacuten experimental y numeacuterica para la aleacioacuten Ti-64
Fig 9 StressndashStrain plot showing the comparison between experimental and numerical results for alloy Ti-64
26
RELACIOacuteN DE TABLAS
Tabla I Propiedades mecaacutenicas estimadas mediante indentacioacuten
Table I Estimation of mechanical properties by indentation methodology
Tabla II Resultados experimentales de los ensayos de traccioacuten de uniones y metales
base
Table II Experimental results from tensile test of welds and base metals
Tabla III Comparacioacuten de propiedades mecaacutenicas uniaxiales para la aleacioacuten Ti-64
Table III Correlation between uniaxial mechanical properties for alloy Ti-64
9
32 Propiedades Mecaacutenicas
321 Ensayos de dureza
La figura 6 recoge los valores obtenidos en una unioacuten Ti-6246Ti-64 en una liacutenea de
medicioacuten que abarca los dos metales base asiacute como la parte central de la ZAT Para la
otra unioacuten el perfil es muy similar De estos perfiles se deduce que la extensioacuten de la
ZAT es mayor a la medida realizada considerando los cambios microestructurales
cuyos valores se dieron en el apartado 31 Por ejemplo para la unioacuten mostrada en la
figura 6 el perfil de durezas muestra que la ZAT alcanza un valor aproximado de 2 mm
con 1 mm a cada lado de la liacutenea de unioacuten
Puede apreciarse el crecimiento de la dureza en la ZAT siendo maacutes pronunciado y
uniforme en el lado que corresponde a la aleacioacuten Ti-6246 La evolucioacuten de las durezas
en la zona central de la unioacuten se muestra con maacutes detalle en las figuras 7 y 8 En
general los mayores valores de dureza se presentan en la zona de transformacioacuten y
decrecen con la distancia desde la interfase hacia los extremos Para el caso de la ZAT
en los metales base con microestructura bi-modal (Ti-64 y Ti-6242) esta disminucioacuten
es contundente mientras que el Ti-6246 presenta un perfil de dureza maacutes homogeacuteneo
En la tabla I se indican los valores de las propiedades mecaacutenicas (ys y n) estimados a
partir de los datos experimentales obtenidos con las indentaciones tanto en los metales
base como en la unioacuten Como era de esperar los altos valores de dureza en la unioacuten se
traducen en una prediccioacuten de un liacutemite elaacutestico muy elevado
322 Ensayos de traccioacuten
De cada unioacuten se extrajeron dos probetas con su eje principal orientado
transversalmente a la soldadura A partir de los resultados estimados para las estructuras
10
bimodal y laminar (Tabla I) se podiacutea deducir que la rotura tendriacutea lugar en la primera
ya que presenta un menor ys y un n similar Esta prediccioacuten se confirmoacute con los
ensayos de traccioacuten La Tabla II presenta las tensiones de rotura de las uniones las
cuales se situaron entre 1030 y 1090 MPa valores bastante proacuteximos a los de los
metales base por los que se produjo la fractura tambieacuten incorporados en la misma tabla
Estos resultados son consistentes con los obtenidos por Mohandas et al[11] y Wisbey et
al[12] en aleaciones de titanio en las que la unioacuten superaba las propiedades del
metal base
Con objeto de comprobar el grado de ajuste entre datos experimentales y las
estimaciones de la metodologiacutea de indentacioacuten se compararon la curva esfuerzo-
deformacioacuten obtenida en un ensayo de traccioacuten en la aleacioacuten Ti-64 y la trazada con las
modelizaciones por elementos finitos (Fig 9) Como se puede observar la metodologiacutea
de indentacioacuten asume siempre un comportamiento potencial perfecto con un valor
constante del coeficiente de endurecimiento Sin embargo en la realidad muchos
materiales presentan diferentes coeficientes de endurecimiento por lo que seguacuten el tipo
de comportamiento la metodologiacutea de indentacioacuten captura mejor el comportamiento
uniaxial a bajas deformaciones (cerca del liacutemite elaacutestico) o en otros casos a
deformaciones mayores desajustaacutendose entonces la prediccioacuten del liacutemite elaacutestico
Por otra parte en materiales con tendencia a desarrollar apilamiento la friccioacuten entre el
indentador y el material indentado puede tener un efecto considerable en los valores
experimentales de dureza En el caso de las aleaciones de titanio objeto del presente
estudio la combinacioacuten de liacutemites elaacutesticos elevados junto a coeficientes de
endurecimiento por deformacioacuten muy bajos da lugar a deformaciones superficiales no
muy acusadas pero que a pesar de eso pueden verse afectadas de forma apreciable por
la friccioacuten La valoracioacuten del efecto de la friccioacuten entre el indentador y el material
11
aporta una prediccioacuten maacutes precisa de las propiedades mecaacutenicas ya que la friccioacuten entre
las caras del indentador distorsiona la deformacioacuten superficial y por tanto el valor de
dureza obtenido Tal como se muestra en la Tabla III los nuevos valores de propiedades
mecaacutenicas obtenidos con este meacutetodo iterativo son maacutes cercanos a aquellos medidos
experimentalmente
4 CONCLUSIONES
La metodologiacutea de indentacioacuten utilizada para evaluar las propiedades uniaxiales de
uniones soldadas por friccioacuten lineal de aleaciones de titanio solicitadas a traccioacuten
supone una herramienta muy uacutetil ya que muestra una correspondencia razonable entre
los resultados numeacutericos y los experimentales
Agradecimientos
Los autores agradecen al Dr Olaf Roder de la empresa MTU Aero Engines y a The
Welding Institute por el suministro del material que ha sido utilizado en este proyecto
A la Comunidad Europea por la financiacioacuten del proyecto DUTIFRISK ref G4RD-CT-
2001-00631 y al Ministerio de Educacioacuten y Ciencia por el proyecto MAT03-01685 A
la Dra M Marsal y al Dr JM Manero por la colaboracioacuten prestada en el estudio por
microscopiacutea electroacutenica
12
5 REFERENCIAS
[1] WA Baeslack III DW Becker y FH Froes J Metals (1984) 47-58 [2] P F Mendez y T W Eagar Adv Mater amp Proc 159 5 (2001) 39-43 [3] L Drsquo Alvise E Massoni y SJ Walloe J Mater Process Tech 125-126 (2002) 387-391 [4] A Varis y M Frost Wear 217 (1998)117-131 [5] A Varis y M Frost Mat Sci Eng A292 (2000) 8-17 [6] M Mata y J Alcalaacute J Mater Res18 (2003) 1705-1709 [7] M Garrido AJ Loacutepez J Rodriacuteguez Rev Metal Madrid 40 (2004) 380-383 [8] M Mata y J Alcalaacute J Mech Phys Solids 52 (2004) 145-165 [9] P Tariacuten Rev Metal Madrid 26 (1990) 395-409 [10] S Daquian R Zhenan Z Zhenfeng T North Z Yang y S Sathian J Mater Sci Tech Vol 16 No 1 (2000) 59-62 [11] T Mohandas D Banerjee y VV Kutumba Rao Mater Sci Eng A289 (2000) 70-82 [12] A Wisbey IC Wallis HS Ubhi P Sketchley CM Ward-Close y PL ThreadgillWA Proc Titaniumrsquo99 vol 3 Saint-Petersburg Russia 1999 IV Gorynin SS Ushkov (Eds) pp 1718-1725
13
Fig 1 Paraacutemetros para la evaluacioacuten de la deformacioacuten en torno a la indentacioacuten
Fig 1 Parameters for evaluation of the deformation around the indentation
P
h hs
P
h hs
14
Fig 2 Microestructura de la aleacioacuten Ti-6246 metalografiacutea mediante MEB
Fig 2 Microstructure of Ti-6246 alloy scanning electron micrograph
15
(a)
(b)
Fig 3 Microestructura mediante MEB de las aleaciones correspondientes a los aacutelabes
(a) Ti-64 (b) Ti-6242
Fig 3 SEM micrographs of blade titanium alloys microstructure
(a) Ti-64 (b) Ti-6242
16
Fig 4 Macrografiacutea de la unioacuten soldada Ti-6246 + Ti-64
Fig 4 Macrograph of the cross section of welded joint Ti-6246+Ti-64
17
Fig 5 Micrografiacutea de la unioacuten soldada Ti-6246+Ti-6242
Fig 5 Micrographs of the cross section of welded joint Ti-6246+Ti-6242
Ti-6246 Ti-6242
18
Fig 6 Perfil de durezas en la soldadura Ti-6246 + Ti-64
Fig 6 Hardness distribution for the weld Ti-6246 + Ti-64
-6 -4 -2 2 4 6
30
35
40
45
50
Ti-64Ti-6246D
ure
za(H
) G
Pa
Distancia (mm)
19
Fig 7 Evolucioacuten de la dureza a lo largo de la ZAT de la unioacuten Ti-6246 +Ti-64
Fig 7 Hardness evolution across the HAZ for joint Ti-6246 +Ti-64
-600 -400 -200 200 400 600
35
40
45
50
Ti-64Ti-6246
D
ure
za (
H)
GP
a
Distancia a la unioacuten (m)
20
Fig 8 Evolucioacuten de la dureza a lo largo de la ZAT de la unioacuten Ti-6246 +Ti-6242
Fig 8 Evolution of hardness in the HAZ for joint Ti-6246 +Ti-6242
-600 -400 -200 200 400 600
35
40
45
50
Ti-6242Ti-6246
Dur
eza
(H
) G
Pa
Distancia a la unioacuten (m)
21
Fig 9 Curvas esfuerzo-deformacioacuten experimental y numeacuterica para la aleacioacuten Ti-64
Fig 9 StressndashStrain plot showing the comparison between experimental and numerical
results for alloy Ti-64
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
0 002 004 006 008 01
Deformacioacuten real
Te
ns
ioacuten
re
al
(MP
a)
Curva real
Indentacion
22
Tabla I Propiedades mecaacutenicas estimadas mediante indentacioacuten
Table I Estimation of mechanical properties by indentation methodology
Disco
Ti-6246
Aacutelabe
Unioacuten
Ti-64 Ti-6242 Ti-6246 + Ti-64 Ti-6246 + Ti-64
ys (MPa) 1317 1079 1147 1968 1907
n 007 011 009 003 003
23
Tabla II Resultados experimentales de los ensayos de traccioacuten de uniones y metales
base
Table II Experimental results from tensile test of welds and base metals
Liacutemite Elaacutestico ys (MPa)
Resist MaacuteximaRm (MPa)
Elongacioacuten()
Zona de Rotura
Ti-6246 +
Ti-6242
1026
1093
12
Metal base Ti-6242
ys = 1037 Rm = 1100
Ti-6246 +
Ti64
986
1032
14
Metal base Ti-64
ys = 982 Rm = 1020
24
Tabla III Comparacioacuten de propiedades mecaacutenicas uniaxiales para la aleacioacuten Ti-64
Table III Correlation between uniaxial mechanical properties for alloy Ti-64
Resultados
Experimentales
Metodologiacutea de
indentacioacuten
Metodologiacutea de indentacioacuten corregida
por friccioacuten
ys (MPa) 982 1074 996
n 006 010 008
25
RELACIOacuteN PIE DE FIGURAS
Fig 1 Paraacutemetros para la evaluacioacuten de la deformacioacuten en torno a la indentacioacuten
Fig 1 Parameters for evaluation of the deformation around the indentation
Fig 2 Microestructura de la aleacioacuten Ti-6246 metalografiacutea mediante MEB
Fig 2 Microstructure of Ti-6246 alloy scanning electron micrograph
Fig 3 Microestructura mediante MEB de las aleaciones correspondientes a los aacutelabes (a) Ti-64 (b) Ti-6242
Fig 3 SEM micrographs of blade titanium alloys microstructure
(a) Ti-64 (b) Ti-6242
Fig 4 Macrografiacutea de la unioacuten soldada Ti-6246 + Ti-64
Fig 4 Macrograph of the cross section of welded joint Ti-6246+Ti-64
Fig 5 Micrografiacutea de la unioacuten soldada Ti-6246+Ti-6242
Fig 5 Micrographs of the cross section of welded joint Ti-6246+Ti-6242
Fig 6 Perfil de durezas en la soldadura Ti-6246 + Ti-64
Fig 6 Hardness distribution for the weld Ti-6246 + Ti-64
Fig 7 Evolucioacuten de la dureza a lo largo de la ZAT de la unioacuten Ti-6246 +Ti-64
Fig 7 Hardness evolution across the HAZ for joint Ti-6246 +Ti-64
Fig 8 Evolucioacuten de la dureza a lo largo de la ZAT de la unioacuten Ti-6246 +Ti-6242
Fig 8 Evolution of hardness in the HAZ for joint Ti-6246 +Ti-6242
Fig 9 Curvas esfuerzo-deformacioacuten experimental y numeacuterica para la aleacioacuten Ti-64
Fig 9 StressndashStrain plot showing the comparison between experimental and numerical results for alloy Ti-64
26
RELACIOacuteN DE TABLAS
Tabla I Propiedades mecaacutenicas estimadas mediante indentacioacuten
Table I Estimation of mechanical properties by indentation methodology
Tabla II Resultados experimentales de los ensayos de traccioacuten de uniones y metales
base
Table II Experimental results from tensile test of welds and base metals
Tabla III Comparacioacuten de propiedades mecaacutenicas uniaxiales para la aleacioacuten Ti-64
Table III Correlation between uniaxial mechanical properties for alloy Ti-64
10
bimodal y laminar (Tabla I) se podiacutea deducir que la rotura tendriacutea lugar en la primera
ya que presenta un menor ys y un n similar Esta prediccioacuten se confirmoacute con los
ensayos de traccioacuten La Tabla II presenta las tensiones de rotura de las uniones las
cuales se situaron entre 1030 y 1090 MPa valores bastante proacuteximos a los de los
metales base por los que se produjo la fractura tambieacuten incorporados en la misma tabla
Estos resultados son consistentes con los obtenidos por Mohandas et al[11] y Wisbey et
al[12] en aleaciones de titanio en las que la unioacuten superaba las propiedades del
metal base
Con objeto de comprobar el grado de ajuste entre datos experimentales y las
estimaciones de la metodologiacutea de indentacioacuten se compararon la curva esfuerzo-
deformacioacuten obtenida en un ensayo de traccioacuten en la aleacioacuten Ti-64 y la trazada con las
modelizaciones por elementos finitos (Fig 9) Como se puede observar la metodologiacutea
de indentacioacuten asume siempre un comportamiento potencial perfecto con un valor
constante del coeficiente de endurecimiento Sin embargo en la realidad muchos
materiales presentan diferentes coeficientes de endurecimiento por lo que seguacuten el tipo
de comportamiento la metodologiacutea de indentacioacuten captura mejor el comportamiento
uniaxial a bajas deformaciones (cerca del liacutemite elaacutestico) o en otros casos a
deformaciones mayores desajustaacutendose entonces la prediccioacuten del liacutemite elaacutestico
Por otra parte en materiales con tendencia a desarrollar apilamiento la friccioacuten entre el
indentador y el material indentado puede tener un efecto considerable en los valores
experimentales de dureza En el caso de las aleaciones de titanio objeto del presente
estudio la combinacioacuten de liacutemites elaacutesticos elevados junto a coeficientes de
endurecimiento por deformacioacuten muy bajos da lugar a deformaciones superficiales no
muy acusadas pero que a pesar de eso pueden verse afectadas de forma apreciable por
la friccioacuten La valoracioacuten del efecto de la friccioacuten entre el indentador y el material
11
aporta una prediccioacuten maacutes precisa de las propiedades mecaacutenicas ya que la friccioacuten entre
las caras del indentador distorsiona la deformacioacuten superficial y por tanto el valor de
dureza obtenido Tal como se muestra en la Tabla III los nuevos valores de propiedades
mecaacutenicas obtenidos con este meacutetodo iterativo son maacutes cercanos a aquellos medidos
experimentalmente
4 CONCLUSIONES
La metodologiacutea de indentacioacuten utilizada para evaluar las propiedades uniaxiales de
uniones soldadas por friccioacuten lineal de aleaciones de titanio solicitadas a traccioacuten
supone una herramienta muy uacutetil ya que muestra una correspondencia razonable entre
los resultados numeacutericos y los experimentales
Agradecimientos
Los autores agradecen al Dr Olaf Roder de la empresa MTU Aero Engines y a The
Welding Institute por el suministro del material que ha sido utilizado en este proyecto
A la Comunidad Europea por la financiacioacuten del proyecto DUTIFRISK ref G4RD-CT-
2001-00631 y al Ministerio de Educacioacuten y Ciencia por el proyecto MAT03-01685 A
la Dra M Marsal y al Dr JM Manero por la colaboracioacuten prestada en el estudio por
microscopiacutea electroacutenica
12
5 REFERENCIAS
[1] WA Baeslack III DW Becker y FH Froes J Metals (1984) 47-58 [2] P F Mendez y T W Eagar Adv Mater amp Proc 159 5 (2001) 39-43 [3] L Drsquo Alvise E Massoni y SJ Walloe J Mater Process Tech 125-126 (2002) 387-391 [4] A Varis y M Frost Wear 217 (1998)117-131 [5] A Varis y M Frost Mat Sci Eng A292 (2000) 8-17 [6] M Mata y J Alcalaacute J Mater Res18 (2003) 1705-1709 [7] M Garrido AJ Loacutepez J Rodriacuteguez Rev Metal Madrid 40 (2004) 380-383 [8] M Mata y J Alcalaacute J Mech Phys Solids 52 (2004) 145-165 [9] P Tariacuten Rev Metal Madrid 26 (1990) 395-409 [10] S Daquian R Zhenan Z Zhenfeng T North Z Yang y S Sathian J Mater Sci Tech Vol 16 No 1 (2000) 59-62 [11] T Mohandas D Banerjee y VV Kutumba Rao Mater Sci Eng A289 (2000) 70-82 [12] A Wisbey IC Wallis HS Ubhi P Sketchley CM Ward-Close y PL ThreadgillWA Proc Titaniumrsquo99 vol 3 Saint-Petersburg Russia 1999 IV Gorynin SS Ushkov (Eds) pp 1718-1725
13
Fig 1 Paraacutemetros para la evaluacioacuten de la deformacioacuten en torno a la indentacioacuten
Fig 1 Parameters for evaluation of the deformation around the indentation
P
h hs
P
h hs
14
Fig 2 Microestructura de la aleacioacuten Ti-6246 metalografiacutea mediante MEB
Fig 2 Microstructure of Ti-6246 alloy scanning electron micrograph
15
(a)
(b)
Fig 3 Microestructura mediante MEB de las aleaciones correspondientes a los aacutelabes
(a) Ti-64 (b) Ti-6242
Fig 3 SEM micrographs of blade titanium alloys microstructure
(a) Ti-64 (b) Ti-6242
16
Fig 4 Macrografiacutea de la unioacuten soldada Ti-6246 + Ti-64
Fig 4 Macrograph of the cross section of welded joint Ti-6246+Ti-64
17
Fig 5 Micrografiacutea de la unioacuten soldada Ti-6246+Ti-6242
Fig 5 Micrographs of the cross section of welded joint Ti-6246+Ti-6242
Ti-6246 Ti-6242
18
Fig 6 Perfil de durezas en la soldadura Ti-6246 + Ti-64
Fig 6 Hardness distribution for the weld Ti-6246 + Ti-64
-6 -4 -2 2 4 6
30
35
40
45
50
Ti-64Ti-6246D
ure
za(H
) G
Pa
Distancia (mm)
19
Fig 7 Evolucioacuten de la dureza a lo largo de la ZAT de la unioacuten Ti-6246 +Ti-64
Fig 7 Hardness evolution across the HAZ for joint Ti-6246 +Ti-64
-600 -400 -200 200 400 600
35
40
45
50
Ti-64Ti-6246
D
ure
za (
H)
GP
a
Distancia a la unioacuten (m)
20
Fig 8 Evolucioacuten de la dureza a lo largo de la ZAT de la unioacuten Ti-6246 +Ti-6242
Fig 8 Evolution of hardness in the HAZ for joint Ti-6246 +Ti-6242
-600 -400 -200 200 400 600
35
40
45
50
Ti-6242Ti-6246
Dur
eza
(H
) G
Pa
Distancia a la unioacuten (m)
21
Fig 9 Curvas esfuerzo-deformacioacuten experimental y numeacuterica para la aleacioacuten Ti-64
Fig 9 StressndashStrain plot showing the comparison between experimental and numerical
results for alloy Ti-64
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
0 002 004 006 008 01
Deformacioacuten real
Te
ns
ioacuten
re
al
(MP
a)
Curva real
Indentacion
22
Tabla I Propiedades mecaacutenicas estimadas mediante indentacioacuten
Table I Estimation of mechanical properties by indentation methodology
Disco
Ti-6246
Aacutelabe
Unioacuten
Ti-64 Ti-6242 Ti-6246 + Ti-64 Ti-6246 + Ti-64
ys (MPa) 1317 1079 1147 1968 1907
n 007 011 009 003 003
23
Tabla II Resultados experimentales de los ensayos de traccioacuten de uniones y metales
base
Table II Experimental results from tensile test of welds and base metals
Liacutemite Elaacutestico ys (MPa)
Resist MaacuteximaRm (MPa)
Elongacioacuten()
Zona de Rotura
Ti-6246 +
Ti-6242
1026
1093
12
Metal base Ti-6242
ys = 1037 Rm = 1100
Ti-6246 +
Ti64
986
1032
14
Metal base Ti-64
ys = 982 Rm = 1020
24
Tabla III Comparacioacuten de propiedades mecaacutenicas uniaxiales para la aleacioacuten Ti-64
Table III Correlation between uniaxial mechanical properties for alloy Ti-64
Resultados
Experimentales
Metodologiacutea de
indentacioacuten
Metodologiacutea de indentacioacuten corregida
por friccioacuten
ys (MPa) 982 1074 996
n 006 010 008
25
RELACIOacuteN PIE DE FIGURAS
Fig 1 Paraacutemetros para la evaluacioacuten de la deformacioacuten en torno a la indentacioacuten
Fig 1 Parameters for evaluation of the deformation around the indentation
Fig 2 Microestructura de la aleacioacuten Ti-6246 metalografiacutea mediante MEB
Fig 2 Microstructure of Ti-6246 alloy scanning electron micrograph
Fig 3 Microestructura mediante MEB de las aleaciones correspondientes a los aacutelabes (a) Ti-64 (b) Ti-6242
Fig 3 SEM micrographs of blade titanium alloys microstructure
(a) Ti-64 (b) Ti-6242
Fig 4 Macrografiacutea de la unioacuten soldada Ti-6246 + Ti-64
Fig 4 Macrograph of the cross section of welded joint Ti-6246+Ti-64
Fig 5 Micrografiacutea de la unioacuten soldada Ti-6246+Ti-6242
Fig 5 Micrographs of the cross section of welded joint Ti-6246+Ti-6242
Fig 6 Perfil de durezas en la soldadura Ti-6246 + Ti-64
Fig 6 Hardness distribution for the weld Ti-6246 + Ti-64
Fig 7 Evolucioacuten de la dureza a lo largo de la ZAT de la unioacuten Ti-6246 +Ti-64
Fig 7 Hardness evolution across the HAZ for joint Ti-6246 +Ti-64
Fig 8 Evolucioacuten de la dureza a lo largo de la ZAT de la unioacuten Ti-6246 +Ti-6242
Fig 8 Evolution of hardness in the HAZ for joint Ti-6246 +Ti-6242
Fig 9 Curvas esfuerzo-deformacioacuten experimental y numeacuterica para la aleacioacuten Ti-64
Fig 9 StressndashStrain plot showing the comparison between experimental and numerical results for alloy Ti-64
26
RELACIOacuteN DE TABLAS
Tabla I Propiedades mecaacutenicas estimadas mediante indentacioacuten
Table I Estimation of mechanical properties by indentation methodology
Tabla II Resultados experimentales de los ensayos de traccioacuten de uniones y metales
base
Table II Experimental results from tensile test of welds and base metals
Tabla III Comparacioacuten de propiedades mecaacutenicas uniaxiales para la aleacioacuten Ti-64
Table III Correlation between uniaxial mechanical properties for alloy Ti-64
11
aporta una prediccioacuten maacutes precisa de las propiedades mecaacutenicas ya que la friccioacuten entre
las caras del indentador distorsiona la deformacioacuten superficial y por tanto el valor de
dureza obtenido Tal como se muestra en la Tabla III los nuevos valores de propiedades
mecaacutenicas obtenidos con este meacutetodo iterativo son maacutes cercanos a aquellos medidos
experimentalmente
4 CONCLUSIONES
La metodologiacutea de indentacioacuten utilizada para evaluar las propiedades uniaxiales de
uniones soldadas por friccioacuten lineal de aleaciones de titanio solicitadas a traccioacuten
supone una herramienta muy uacutetil ya que muestra una correspondencia razonable entre
los resultados numeacutericos y los experimentales
Agradecimientos
Los autores agradecen al Dr Olaf Roder de la empresa MTU Aero Engines y a The
Welding Institute por el suministro del material que ha sido utilizado en este proyecto
A la Comunidad Europea por la financiacioacuten del proyecto DUTIFRISK ref G4RD-CT-
2001-00631 y al Ministerio de Educacioacuten y Ciencia por el proyecto MAT03-01685 A
la Dra M Marsal y al Dr JM Manero por la colaboracioacuten prestada en el estudio por
microscopiacutea electroacutenica
12
5 REFERENCIAS
[1] WA Baeslack III DW Becker y FH Froes J Metals (1984) 47-58 [2] P F Mendez y T W Eagar Adv Mater amp Proc 159 5 (2001) 39-43 [3] L Drsquo Alvise E Massoni y SJ Walloe J Mater Process Tech 125-126 (2002) 387-391 [4] A Varis y M Frost Wear 217 (1998)117-131 [5] A Varis y M Frost Mat Sci Eng A292 (2000) 8-17 [6] M Mata y J Alcalaacute J Mater Res18 (2003) 1705-1709 [7] M Garrido AJ Loacutepez J Rodriacuteguez Rev Metal Madrid 40 (2004) 380-383 [8] M Mata y J Alcalaacute J Mech Phys Solids 52 (2004) 145-165 [9] P Tariacuten Rev Metal Madrid 26 (1990) 395-409 [10] S Daquian R Zhenan Z Zhenfeng T North Z Yang y S Sathian J Mater Sci Tech Vol 16 No 1 (2000) 59-62 [11] T Mohandas D Banerjee y VV Kutumba Rao Mater Sci Eng A289 (2000) 70-82 [12] A Wisbey IC Wallis HS Ubhi P Sketchley CM Ward-Close y PL ThreadgillWA Proc Titaniumrsquo99 vol 3 Saint-Petersburg Russia 1999 IV Gorynin SS Ushkov (Eds) pp 1718-1725
13
Fig 1 Paraacutemetros para la evaluacioacuten de la deformacioacuten en torno a la indentacioacuten
Fig 1 Parameters for evaluation of the deformation around the indentation
P
h hs
P
h hs
14
Fig 2 Microestructura de la aleacioacuten Ti-6246 metalografiacutea mediante MEB
Fig 2 Microstructure of Ti-6246 alloy scanning electron micrograph
15
(a)
(b)
Fig 3 Microestructura mediante MEB de las aleaciones correspondientes a los aacutelabes
(a) Ti-64 (b) Ti-6242
Fig 3 SEM micrographs of blade titanium alloys microstructure
(a) Ti-64 (b) Ti-6242
16
Fig 4 Macrografiacutea de la unioacuten soldada Ti-6246 + Ti-64
Fig 4 Macrograph of the cross section of welded joint Ti-6246+Ti-64
17
Fig 5 Micrografiacutea de la unioacuten soldada Ti-6246+Ti-6242
Fig 5 Micrographs of the cross section of welded joint Ti-6246+Ti-6242
Ti-6246 Ti-6242
18
Fig 6 Perfil de durezas en la soldadura Ti-6246 + Ti-64
Fig 6 Hardness distribution for the weld Ti-6246 + Ti-64
-6 -4 -2 2 4 6
30
35
40
45
50
Ti-64Ti-6246D
ure
za(H
) G
Pa
Distancia (mm)
19
Fig 7 Evolucioacuten de la dureza a lo largo de la ZAT de la unioacuten Ti-6246 +Ti-64
Fig 7 Hardness evolution across the HAZ for joint Ti-6246 +Ti-64
-600 -400 -200 200 400 600
35
40
45
50
Ti-64Ti-6246
D
ure
za (
H)
GP
a
Distancia a la unioacuten (m)
20
Fig 8 Evolucioacuten de la dureza a lo largo de la ZAT de la unioacuten Ti-6246 +Ti-6242
Fig 8 Evolution of hardness in the HAZ for joint Ti-6246 +Ti-6242
-600 -400 -200 200 400 600
35
40
45
50
Ti-6242Ti-6246
Dur
eza
(H
) G
Pa
Distancia a la unioacuten (m)
21
Fig 9 Curvas esfuerzo-deformacioacuten experimental y numeacuterica para la aleacioacuten Ti-64
Fig 9 StressndashStrain plot showing the comparison between experimental and numerical
results for alloy Ti-64
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
0 002 004 006 008 01
Deformacioacuten real
Te
ns
ioacuten
re
al
(MP
a)
Curva real
Indentacion
22
Tabla I Propiedades mecaacutenicas estimadas mediante indentacioacuten
Table I Estimation of mechanical properties by indentation methodology
Disco
Ti-6246
Aacutelabe
Unioacuten
Ti-64 Ti-6242 Ti-6246 + Ti-64 Ti-6246 + Ti-64
ys (MPa) 1317 1079 1147 1968 1907
n 007 011 009 003 003
23
Tabla II Resultados experimentales de los ensayos de traccioacuten de uniones y metales
base
Table II Experimental results from tensile test of welds and base metals
Liacutemite Elaacutestico ys (MPa)
Resist MaacuteximaRm (MPa)
Elongacioacuten()
Zona de Rotura
Ti-6246 +
Ti-6242
1026
1093
12
Metal base Ti-6242
ys = 1037 Rm = 1100
Ti-6246 +
Ti64
986
1032
14
Metal base Ti-64
ys = 982 Rm = 1020
24
Tabla III Comparacioacuten de propiedades mecaacutenicas uniaxiales para la aleacioacuten Ti-64
Table III Correlation between uniaxial mechanical properties for alloy Ti-64
Resultados
Experimentales
Metodologiacutea de
indentacioacuten
Metodologiacutea de indentacioacuten corregida
por friccioacuten
ys (MPa) 982 1074 996
n 006 010 008
25
RELACIOacuteN PIE DE FIGURAS
Fig 1 Paraacutemetros para la evaluacioacuten de la deformacioacuten en torno a la indentacioacuten
Fig 1 Parameters for evaluation of the deformation around the indentation
Fig 2 Microestructura de la aleacioacuten Ti-6246 metalografiacutea mediante MEB
Fig 2 Microstructure of Ti-6246 alloy scanning electron micrograph
Fig 3 Microestructura mediante MEB de las aleaciones correspondientes a los aacutelabes (a) Ti-64 (b) Ti-6242
Fig 3 SEM micrographs of blade titanium alloys microstructure
(a) Ti-64 (b) Ti-6242
Fig 4 Macrografiacutea de la unioacuten soldada Ti-6246 + Ti-64
Fig 4 Macrograph of the cross section of welded joint Ti-6246+Ti-64
Fig 5 Micrografiacutea de la unioacuten soldada Ti-6246+Ti-6242
Fig 5 Micrographs of the cross section of welded joint Ti-6246+Ti-6242
Fig 6 Perfil de durezas en la soldadura Ti-6246 + Ti-64
Fig 6 Hardness distribution for the weld Ti-6246 + Ti-64
Fig 7 Evolucioacuten de la dureza a lo largo de la ZAT de la unioacuten Ti-6246 +Ti-64
Fig 7 Hardness evolution across the HAZ for joint Ti-6246 +Ti-64
Fig 8 Evolucioacuten de la dureza a lo largo de la ZAT de la unioacuten Ti-6246 +Ti-6242
Fig 8 Evolution of hardness in the HAZ for joint Ti-6246 +Ti-6242
Fig 9 Curvas esfuerzo-deformacioacuten experimental y numeacuterica para la aleacioacuten Ti-64
Fig 9 StressndashStrain plot showing the comparison between experimental and numerical results for alloy Ti-64
26
RELACIOacuteN DE TABLAS
Tabla I Propiedades mecaacutenicas estimadas mediante indentacioacuten
Table I Estimation of mechanical properties by indentation methodology
Tabla II Resultados experimentales de los ensayos de traccioacuten de uniones y metales
base
Table II Experimental results from tensile test of welds and base metals
Tabla III Comparacioacuten de propiedades mecaacutenicas uniaxiales para la aleacioacuten Ti-64
Table III Correlation between uniaxial mechanical properties for alloy Ti-64
12
5 REFERENCIAS
[1] WA Baeslack III DW Becker y FH Froes J Metals (1984) 47-58 [2] P F Mendez y T W Eagar Adv Mater amp Proc 159 5 (2001) 39-43 [3] L Drsquo Alvise E Massoni y SJ Walloe J Mater Process Tech 125-126 (2002) 387-391 [4] A Varis y M Frost Wear 217 (1998)117-131 [5] A Varis y M Frost Mat Sci Eng A292 (2000) 8-17 [6] M Mata y J Alcalaacute J Mater Res18 (2003) 1705-1709 [7] M Garrido AJ Loacutepez J Rodriacuteguez Rev Metal Madrid 40 (2004) 380-383 [8] M Mata y J Alcalaacute J Mech Phys Solids 52 (2004) 145-165 [9] P Tariacuten Rev Metal Madrid 26 (1990) 395-409 [10] S Daquian R Zhenan Z Zhenfeng T North Z Yang y S Sathian J Mater Sci Tech Vol 16 No 1 (2000) 59-62 [11] T Mohandas D Banerjee y VV Kutumba Rao Mater Sci Eng A289 (2000) 70-82 [12] A Wisbey IC Wallis HS Ubhi P Sketchley CM Ward-Close y PL ThreadgillWA Proc Titaniumrsquo99 vol 3 Saint-Petersburg Russia 1999 IV Gorynin SS Ushkov (Eds) pp 1718-1725
13
Fig 1 Paraacutemetros para la evaluacioacuten de la deformacioacuten en torno a la indentacioacuten
Fig 1 Parameters for evaluation of the deformation around the indentation
P
h hs
P
h hs
14
Fig 2 Microestructura de la aleacioacuten Ti-6246 metalografiacutea mediante MEB
Fig 2 Microstructure of Ti-6246 alloy scanning electron micrograph
15
(a)
(b)
Fig 3 Microestructura mediante MEB de las aleaciones correspondientes a los aacutelabes
(a) Ti-64 (b) Ti-6242
Fig 3 SEM micrographs of blade titanium alloys microstructure
(a) Ti-64 (b) Ti-6242
16
Fig 4 Macrografiacutea de la unioacuten soldada Ti-6246 + Ti-64
Fig 4 Macrograph of the cross section of welded joint Ti-6246+Ti-64
17
Fig 5 Micrografiacutea de la unioacuten soldada Ti-6246+Ti-6242
Fig 5 Micrographs of the cross section of welded joint Ti-6246+Ti-6242
Ti-6246 Ti-6242
18
Fig 6 Perfil de durezas en la soldadura Ti-6246 + Ti-64
Fig 6 Hardness distribution for the weld Ti-6246 + Ti-64
-6 -4 -2 2 4 6
30
35
40
45
50
Ti-64Ti-6246D
ure
za(H
) G
Pa
Distancia (mm)
19
Fig 7 Evolucioacuten de la dureza a lo largo de la ZAT de la unioacuten Ti-6246 +Ti-64
Fig 7 Hardness evolution across the HAZ for joint Ti-6246 +Ti-64
-600 -400 -200 200 400 600
35
40
45
50
Ti-64Ti-6246
D
ure
za (
H)
GP
a
Distancia a la unioacuten (m)
20
Fig 8 Evolucioacuten de la dureza a lo largo de la ZAT de la unioacuten Ti-6246 +Ti-6242
Fig 8 Evolution of hardness in the HAZ for joint Ti-6246 +Ti-6242
-600 -400 -200 200 400 600
35
40
45
50
Ti-6242Ti-6246
Dur
eza
(H
) G
Pa
Distancia a la unioacuten (m)
21
Fig 9 Curvas esfuerzo-deformacioacuten experimental y numeacuterica para la aleacioacuten Ti-64
Fig 9 StressndashStrain plot showing the comparison between experimental and numerical
results for alloy Ti-64
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
0 002 004 006 008 01
Deformacioacuten real
Te
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re
al
(MP
a)
Curva real
Indentacion
22
Tabla I Propiedades mecaacutenicas estimadas mediante indentacioacuten
Table I Estimation of mechanical properties by indentation methodology
Disco
Ti-6246
Aacutelabe
Unioacuten
Ti-64 Ti-6242 Ti-6246 + Ti-64 Ti-6246 + Ti-64
ys (MPa) 1317 1079 1147 1968 1907
n 007 011 009 003 003
23
Tabla II Resultados experimentales de los ensayos de traccioacuten de uniones y metales
base
Table II Experimental results from tensile test of welds and base metals
Liacutemite Elaacutestico ys (MPa)
Resist MaacuteximaRm (MPa)
Elongacioacuten()
Zona de Rotura
Ti-6246 +
Ti-6242
1026
1093
12
Metal base Ti-6242
ys = 1037 Rm = 1100
Ti-6246 +
Ti64
986
1032
14
Metal base Ti-64
ys = 982 Rm = 1020
24
Tabla III Comparacioacuten de propiedades mecaacutenicas uniaxiales para la aleacioacuten Ti-64
Table III Correlation between uniaxial mechanical properties for alloy Ti-64
Resultados
Experimentales
Metodologiacutea de
indentacioacuten
Metodologiacutea de indentacioacuten corregida
por friccioacuten
ys (MPa) 982 1074 996
n 006 010 008
25
RELACIOacuteN PIE DE FIGURAS
Fig 1 Paraacutemetros para la evaluacioacuten de la deformacioacuten en torno a la indentacioacuten
Fig 1 Parameters for evaluation of the deformation around the indentation
Fig 2 Microestructura de la aleacioacuten Ti-6246 metalografiacutea mediante MEB
Fig 2 Microstructure of Ti-6246 alloy scanning electron micrograph
Fig 3 Microestructura mediante MEB de las aleaciones correspondientes a los aacutelabes (a) Ti-64 (b) Ti-6242
Fig 3 SEM micrographs of blade titanium alloys microstructure
(a) Ti-64 (b) Ti-6242
Fig 4 Macrografiacutea de la unioacuten soldada Ti-6246 + Ti-64
Fig 4 Macrograph of the cross section of welded joint Ti-6246+Ti-64
Fig 5 Micrografiacutea de la unioacuten soldada Ti-6246+Ti-6242
Fig 5 Micrographs of the cross section of welded joint Ti-6246+Ti-6242
Fig 6 Perfil de durezas en la soldadura Ti-6246 + Ti-64
Fig 6 Hardness distribution for the weld Ti-6246 + Ti-64
Fig 7 Evolucioacuten de la dureza a lo largo de la ZAT de la unioacuten Ti-6246 +Ti-64
Fig 7 Hardness evolution across the HAZ for joint Ti-6246 +Ti-64
Fig 8 Evolucioacuten de la dureza a lo largo de la ZAT de la unioacuten Ti-6246 +Ti-6242
Fig 8 Evolution of hardness in the HAZ for joint Ti-6246 +Ti-6242
Fig 9 Curvas esfuerzo-deformacioacuten experimental y numeacuterica para la aleacioacuten Ti-64
Fig 9 StressndashStrain plot showing the comparison between experimental and numerical results for alloy Ti-64
26
RELACIOacuteN DE TABLAS
Tabla I Propiedades mecaacutenicas estimadas mediante indentacioacuten
Table I Estimation of mechanical properties by indentation methodology
Tabla II Resultados experimentales de los ensayos de traccioacuten de uniones y metales
base
Table II Experimental results from tensile test of welds and base metals
Tabla III Comparacioacuten de propiedades mecaacutenicas uniaxiales para la aleacioacuten Ti-64
Table III Correlation between uniaxial mechanical properties for alloy Ti-64
13
Fig 1 Paraacutemetros para la evaluacioacuten de la deformacioacuten en torno a la indentacioacuten
Fig 1 Parameters for evaluation of the deformation around the indentation
P
h hs
P
h hs
14
Fig 2 Microestructura de la aleacioacuten Ti-6246 metalografiacutea mediante MEB
Fig 2 Microstructure of Ti-6246 alloy scanning electron micrograph
15
(a)
(b)
Fig 3 Microestructura mediante MEB de las aleaciones correspondientes a los aacutelabes
(a) Ti-64 (b) Ti-6242
Fig 3 SEM micrographs of blade titanium alloys microstructure
(a) Ti-64 (b) Ti-6242
16
Fig 4 Macrografiacutea de la unioacuten soldada Ti-6246 + Ti-64
Fig 4 Macrograph of the cross section of welded joint Ti-6246+Ti-64
17
Fig 5 Micrografiacutea de la unioacuten soldada Ti-6246+Ti-6242
Fig 5 Micrographs of the cross section of welded joint Ti-6246+Ti-6242
Ti-6246 Ti-6242
18
Fig 6 Perfil de durezas en la soldadura Ti-6246 + Ti-64
Fig 6 Hardness distribution for the weld Ti-6246 + Ti-64
-6 -4 -2 2 4 6
30
35
40
45
50
Ti-64Ti-6246D
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za(H
) G
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Distancia (mm)
19
Fig 7 Evolucioacuten de la dureza a lo largo de la ZAT de la unioacuten Ti-6246 +Ti-64
Fig 7 Hardness evolution across the HAZ for joint Ti-6246 +Ti-64
-600 -400 -200 200 400 600
35
40
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50
Ti-64Ti-6246
D
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H)
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20
Fig 8 Evolucioacuten de la dureza a lo largo de la ZAT de la unioacuten Ti-6246 +Ti-6242
Fig 8 Evolution of hardness in the HAZ for joint Ti-6246 +Ti-6242
-600 -400 -200 200 400 600
35
40
45
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Ti-6242Ti-6246
Dur
eza
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) G
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Distancia a la unioacuten (m)
21
Fig 9 Curvas esfuerzo-deformacioacuten experimental y numeacuterica para la aleacioacuten Ti-64
Fig 9 StressndashStrain plot showing the comparison between experimental and numerical
results for alloy Ti-64
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
0 002 004 006 008 01
Deformacioacuten real
Te
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re
al
(MP
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Curva real
Indentacion
22
Tabla I Propiedades mecaacutenicas estimadas mediante indentacioacuten
Table I Estimation of mechanical properties by indentation methodology
Disco
Ti-6246
Aacutelabe
Unioacuten
Ti-64 Ti-6242 Ti-6246 + Ti-64 Ti-6246 + Ti-64
ys (MPa) 1317 1079 1147 1968 1907
n 007 011 009 003 003
23
Tabla II Resultados experimentales de los ensayos de traccioacuten de uniones y metales
base
Table II Experimental results from tensile test of welds and base metals
Liacutemite Elaacutestico ys (MPa)
Resist MaacuteximaRm (MPa)
Elongacioacuten()
Zona de Rotura
Ti-6246 +
Ti-6242
1026
1093
12
Metal base Ti-6242
ys = 1037 Rm = 1100
Ti-6246 +
Ti64
986
1032
14
Metal base Ti-64
ys = 982 Rm = 1020
24
Tabla III Comparacioacuten de propiedades mecaacutenicas uniaxiales para la aleacioacuten Ti-64
Table III Correlation between uniaxial mechanical properties for alloy Ti-64
Resultados
Experimentales
Metodologiacutea de
indentacioacuten
Metodologiacutea de indentacioacuten corregida
por friccioacuten
ys (MPa) 982 1074 996
n 006 010 008
25
RELACIOacuteN PIE DE FIGURAS
Fig 1 Paraacutemetros para la evaluacioacuten de la deformacioacuten en torno a la indentacioacuten
Fig 1 Parameters for evaluation of the deformation around the indentation
Fig 2 Microestructura de la aleacioacuten Ti-6246 metalografiacutea mediante MEB
Fig 2 Microstructure of Ti-6246 alloy scanning electron micrograph
Fig 3 Microestructura mediante MEB de las aleaciones correspondientes a los aacutelabes (a) Ti-64 (b) Ti-6242
Fig 3 SEM micrographs of blade titanium alloys microstructure
(a) Ti-64 (b) Ti-6242
Fig 4 Macrografiacutea de la unioacuten soldada Ti-6246 + Ti-64
Fig 4 Macrograph of the cross section of welded joint Ti-6246+Ti-64
Fig 5 Micrografiacutea de la unioacuten soldada Ti-6246+Ti-6242
Fig 5 Micrographs of the cross section of welded joint Ti-6246+Ti-6242
Fig 6 Perfil de durezas en la soldadura Ti-6246 + Ti-64
Fig 6 Hardness distribution for the weld Ti-6246 + Ti-64
Fig 7 Evolucioacuten de la dureza a lo largo de la ZAT de la unioacuten Ti-6246 +Ti-64
Fig 7 Hardness evolution across the HAZ for joint Ti-6246 +Ti-64
Fig 8 Evolucioacuten de la dureza a lo largo de la ZAT de la unioacuten Ti-6246 +Ti-6242
Fig 8 Evolution of hardness in the HAZ for joint Ti-6246 +Ti-6242
Fig 9 Curvas esfuerzo-deformacioacuten experimental y numeacuterica para la aleacioacuten Ti-64
Fig 9 StressndashStrain plot showing the comparison between experimental and numerical results for alloy Ti-64
26
RELACIOacuteN DE TABLAS
Tabla I Propiedades mecaacutenicas estimadas mediante indentacioacuten
Table I Estimation of mechanical properties by indentation methodology
Tabla II Resultados experimentales de los ensayos de traccioacuten de uniones y metales
base
Table II Experimental results from tensile test of welds and base metals
Tabla III Comparacioacuten de propiedades mecaacutenicas uniaxiales para la aleacioacuten Ti-64
Table III Correlation between uniaxial mechanical properties for alloy Ti-64
14
Fig 2 Microestructura de la aleacioacuten Ti-6246 metalografiacutea mediante MEB
Fig 2 Microstructure of Ti-6246 alloy scanning electron micrograph
15
(a)
(b)
Fig 3 Microestructura mediante MEB de las aleaciones correspondientes a los aacutelabes
(a) Ti-64 (b) Ti-6242
Fig 3 SEM micrographs of blade titanium alloys microstructure
(a) Ti-64 (b) Ti-6242
16
Fig 4 Macrografiacutea de la unioacuten soldada Ti-6246 + Ti-64
Fig 4 Macrograph of the cross section of welded joint Ti-6246+Ti-64
17
Fig 5 Micrografiacutea de la unioacuten soldada Ti-6246+Ti-6242
Fig 5 Micrographs of the cross section of welded joint Ti-6246+Ti-6242
Ti-6246 Ti-6242
18
Fig 6 Perfil de durezas en la soldadura Ti-6246 + Ti-64
Fig 6 Hardness distribution for the weld Ti-6246 + Ti-64
-6 -4 -2 2 4 6
30
35
40
45
50
Ti-64Ti-6246D
ure
za(H
) G
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Distancia (mm)
19
Fig 7 Evolucioacuten de la dureza a lo largo de la ZAT de la unioacuten Ti-6246 +Ti-64
Fig 7 Hardness evolution across the HAZ for joint Ti-6246 +Ti-64
-600 -400 -200 200 400 600
35
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Ti-64Ti-6246
D
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H)
GP
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Distancia a la unioacuten (m)
20
Fig 8 Evolucioacuten de la dureza a lo largo de la ZAT de la unioacuten Ti-6246 +Ti-6242
Fig 8 Evolution of hardness in the HAZ for joint Ti-6246 +Ti-6242
-600 -400 -200 200 400 600
35
40
45
50
Ti-6242Ti-6246
Dur
eza
(H
) G
Pa
Distancia a la unioacuten (m)
21
Fig 9 Curvas esfuerzo-deformacioacuten experimental y numeacuterica para la aleacioacuten Ti-64
Fig 9 StressndashStrain plot showing the comparison between experimental and numerical
results for alloy Ti-64
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
0 002 004 006 008 01
Deformacioacuten real
Te
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(MP
a)
Curva real
Indentacion
22
Tabla I Propiedades mecaacutenicas estimadas mediante indentacioacuten
Table I Estimation of mechanical properties by indentation methodology
Disco
Ti-6246
Aacutelabe
Unioacuten
Ti-64 Ti-6242 Ti-6246 + Ti-64 Ti-6246 + Ti-64
ys (MPa) 1317 1079 1147 1968 1907
n 007 011 009 003 003
23
Tabla II Resultados experimentales de los ensayos de traccioacuten de uniones y metales
base
Table II Experimental results from tensile test of welds and base metals
Liacutemite Elaacutestico ys (MPa)
Resist MaacuteximaRm (MPa)
Elongacioacuten()
Zona de Rotura
Ti-6246 +
Ti-6242
1026
1093
12
Metal base Ti-6242
ys = 1037 Rm = 1100
Ti-6246 +
Ti64
986
1032
14
Metal base Ti-64
ys = 982 Rm = 1020
24
Tabla III Comparacioacuten de propiedades mecaacutenicas uniaxiales para la aleacioacuten Ti-64
Table III Correlation between uniaxial mechanical properties for alloy Ti-64
Resultados
Experimentales
Metodologiacutea de
indentacioacuten
Metodologiacutea de indentacioacuten corregida
por friccioacuten
ys (MPa) 982 1074 996
n 006 010 008
25
RELACIOacuteN PIE DE FIGURAS
Fig 1 Paraacutemetros para la evaluacioacuten de la deformacioacuten en torno a la indentacioacuten
Fig 1 Parameters for evaluation of the deformation around the indentation
Fig 2 Microestructura de la aleacioacuten Ti-6246 metalografiacutea mediante MEB
Fig 2 Microstructure of Ti-6246 alloy scanning electron micrograph
Fig 3 Microestructura mediante MEB de las aleaciones correspondientes a los aacutelabes (a) Ti-64 (b) Ti-6242
Fig 3 SEM micrographs of blade titanium alloys microstructure
(a) Ti-64 (b) Ti-6242
Fig 4 Macrografiacutea de la unioacuten soldada Ti-6246 + Ti-64
Fig 4 Macrograph of the cross section of welded joint Ti-6246+Ti-64
Fig 5 Micrografiacutea de la unioacuten soldada Ti-6246+Ti-6242
Fig 5 Micrographs of the cross section of welded joint Ti-6246+Ti-6242
Fig 6 Perfil de durezas en la soldadura Ti-6246 + Ti-64
Fig 6 Hardness distribution for the weld Ti-6246 + Ti-64
Fig 7 Evolucioacuten de la dureza a lo largo de la ZAT de la unioacuten Ti-6246 +Ti-64
Fig 7 Hardness evolution across the HAZ for joint Ti-6246 +Ti-64
Fig 8 Evolucioacuten de la dureza a lo largo de la ZAT de la unioacuten Ti-6246 +Ti-6242
Fig 8 Evolution of hardness in the HAZ for joint Ti-6246 +Ti-6242
Fig 9 Curvas esfuerzo-deformacioacuten experimental y numeacuterica para la aleacioacuten Ti-64
Fig 9 StressndashStrain plot showing the comparison between experimental and numerical results for alloy Ti-64
26
RELACIOacuteN DE TABLAS
Tabla I Propiedades mecaacutenicas estimadas mediante indentacioacuten
Table I Estimation of mechanical properties by indentation methodology
Tabla II Resultados experimentales de los ensayos de traccioacuten de uniones y metales
base
Table II Experimental results from tensile test of welds and base metals
Tabla III Comparacioacuten de propiedades mecaacutenicas uniaxiales para la aleacioacuten Ti-64
Table III Correlation between uniaxial mechanical properties for alloy Ti-64
15
(a)
(b)
Fig 3 Microestructura mediante MEB de las aleaciones correspondientes a los aacutelabes
(a) Ti-64 (b) Ti-6242
Fig 3 SEM micrographs of blade titanium alloys microstructure
(a) Ti-64 (b) Ti-6242
16
Fig 4 Macrografiacutea de la unioacuten soldada Ti-6246 + Ti-64
Fig 4 Macrograph of the cross section of welded joint Ti-6246+Ti-64
17
Fig 5 Micrografiacutea de la unioacuten soldada Ti-6246+Ti-6242
Fig 5 Micrographs of the cross section of welded joint Ti-6246+Ti-6242
Ti-6246 Ti-6242
18
Fig 6 Perfil de durezas en la soldadura Ti-6246 + Ti-64
Fig 6 Hardness distribution for the weld Ti-6246 + Ti-64
-6 -4 -2 2 4 6
30
35
40
45
50
Ti-64Ti-6246D
ure
za(H
) G
Pa
Distancia (mm)
19
Fig 7 Evolucioacuten de la dureza a lo largo de la ZAT de la unioacuten Ti-6246 +Ti-64
Fig 7 Hardness evolution across the HAZ for joint Ti-6246 +Ti-64
-600 -400 -200 200 400 600
35
40
45
50
Ti-64Ti-6246
D
ure
za (
H)
GP
a
Distancia a la unioacuten (m)
20
Fig 8 Evolucioacuten de la dureza a lo largo de la ZAT de la unioacuten Ti-6246 +Ti-6242
Fig 8 Evolution of hardness in the HAZ for joint Ti-6246 +Ti-6242
-600 -400 -200 200 400 600
35
40
45
50
Ti-6242Ti-6246
Dur
eza
(H
) G
Pa
Distancia a la unioacuten (m)
21
Fig 9 Curvas esfuerzo-deformacioacuten experimental y numeacuterica para la aleacioacuten Ti-64
Fig 9 StressndashStrain plot showing the comparison between experimental and numerical
results for alloy Ti-64
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
0 002 004 006 008 01
Deformacioacuten real
Te
ns
ioacuten
re
al
(MP
a)
Curva real
Indentacion
22
Tabla I Propiedades mecaacutenicas estimadas mediante indentacioacuten
Table I Estimation of mechanical properties by indentation methodology
Disco
Ti-6246
Aacutelabe
Unioacuten
Ti-64 Ti-6242 Ti-6246 + Ti-64 Ti-6246 + Ti-64
ys (MPa) 1317 1079 1147 1968 1907
n 007 011 009 003 003
23
Tabla II Resultados experimentales de los ensayos de traccioacuten de uniones y metales
base
Table II Experimental results from tensile test of welds and base metals
Liacutemite Elaacutestico ys (MPa)
Resist MaacuteximaRm (MPa)
Elongacioacuten()
Zona de Rotura
Ti-6246 +
Ti-6242
1026
1093
12
Metal base Ti-6242
ys = 1037 Rm = 1100
Ti-6246 +
Ti64
986
1032
14
Metal base Ti-64
ys = 982 Rm = 1020
24
Tabla III Comparacioacuten de propiedades mecaacutenicas uniaxiales para la aleacioacuten Ti-64
Table III Correlation between uniaxial mechanical properties for alloy Ti-64
Resultados
Experimentales
Metodologiacutea de
indentacioacuten
Metodologiacutea de indentacioacuten corregida
por friccioacuten
ys (MPa) 982 1074 996
n 006 010 008
25
RELACIOacuteN PIE DE FIGURAS
Fig 1 Paraacutemetros para la evaluacioacuten de la deformacioacuten en torno a la indentacioacuten
Fig 1 Parameters for evaluation of the deformation around the indentation
Fig 2 Microestructura de la aleacioacuten Ti-6246 metalografiacutea mediante MEB
Fig 2 Microstructure of Ti-6246 alloy scanning electron micrograph
Fig 3 Microestructura mediante MEB de las aleaciones correspondientes a los aacutelabes (a) Ti-64 (b) Ti-6242
Fig 3 SEM micrographs of blade titanium alloys microstructure
(a) Ti-64 (b) Ti-6242
Fig 4 Macrografiacutea de la unioacuten soldada Ti-6246 + Ti-64
Fig 4 Macrograph of the cross section of welded joint Ti-6246+Ti-64
Fig 5 Micrografiacutea de la unioacuten soldada Ti-6246+Ti-6242
Fig 5 Micrographs of the cross section of welded joint Ti-6246+Ti-6242
Fig 6 Perfil de durezas en la soldadura Ti-6246 + Ti-64
Fig 6 Hardness distribution for the weld Ti-6246 + Ti-64
Fig 7 Evolucioacuten de la dureza a lo largo de la ZAT de la unioacuten Ti-6246 +Ti-64
Fig 7 Hardness evolution across the HAZ for joint Ti-6246 +Ti-64
Fig 8 Evolucioacuten de la dureza a lo largo de la ZAT de la unioacuten Ti-6246 +Ti-6242
Fig 8 Evolution of hardness in the HAZ for joint Ti-6246 +Ti-6242
Fig 9 Curvas esfuerzo-deformacioacuten experimental y numeacuterica para la aleacioacuten Ti-64
Fig 9 StressndashStrain plot showing the comparison between experimental and numerical results for alloy Ti-64
26
RELACIOacuteN DE TABLAS
Tabla I Propiedades mecaacutenicas estimadas mediante indentacioacuten
Table I Estimation of mechanical properties by indentation methodology
Tabla II Resultados experimentales de los ensayos de traccioacuten de uniones y metales
base
Table II Experimental results from tensile test of welds and base metals
Tabla III Comparacioacuten de propiedades mecaacutenicas uniaxiales para la aleacioacuten Ti-64
Table III Correlation between uniaxial mechanical properties for alloy Ti-64
16
Fig 4 Macrografiacutea de la unioacuten soldada Ti-6246 + Ti-64
Fig 4 Macrograph of the cross section of welded joint Ti-6246+Ti-64
17
Fig 5 Micrografiacutea de la unioacuten soldada Ti-6246+Ti-6242
Fig 5 Micrographs of the cross section of welded joint Ti-6246+Ti-6242
Ti-6246 Ti-6242
18
Fig 6 Perfil de durezas en la soldadura Ti-6246 + Ti-64
Fig 6 Hardness distribution for the weld Ti-6246 + Ti-64
-6 -4 -2 2 4 6
30
35
40
45
50
Ti-64Ti-6246D
ure
za(H
) G
Pa
Distancia (mm)
19
Fig 7 Evolucioacuten de la dureza a lo largo de la ZAT de la unioacuten Ti-6246 +Ti-64
Fig 7 Hardness evolution across the HAZ for joint Ti-6246 +Ti-64
-600 -400 -200 200 400 600
35
40
45
50
Ti-64Ti-6246
D
ure
za (
H)
GP
a
Distancia a la unioacuten (m)
20
Fig 8 Evolucioacuten de la dureza a lo largo de la ZAT de la unioacuten Ti-6246 +Ti-6242
Fig 8 Evolution of hardness in the HAZ for joint Ti-6246 +Ti-6242
-600 -400 -200 200 400 600
35
40
45
50
Ti-6242Ti-6246
Dur
eza
(H
) G
Pa
Distancia a la unioacuten (m)
21
Fig 9 Curvas esfuerzo-deformacioacuten experimental y numeacuterica para la aleacioacuten Ti-64
Fig 9 StressndashStrain plot showing the comparison between experimental and numerical
results for alloy Ti-64
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
0 002 004 006 008 01
Deformacioacuten real
Te
ns
ioacuten
re
al
(MP
a)
Curva real
Indentacion
22
Tabla I Propiedades mecaacutenicas estimadas mediante indentacioacuten
Table I Estimation of mechanical properties by indentation methodology
Disco
Ti-6246
Aacutelabe
Unioacuten
Ti-64 Ti-6242 Ti-6246 + Ti-64 Ti-6246 + Ti-64
ys (MPa) 1317 1079 1147 1968 1907
n 007 011 009 003 003
23
Tabla II Resultados experimentales de los ensayos de traccioacuten de uniones y metales
base
Table II Experimental results from tensile test of welds and base metals
Liacutemite Elaacutestico ys (MPa)
Resist MaacuteximaRm (MPa)
Elongacioacuten()
Zona de Rotura
Ti-6246 +
Ti-6242
1026
1093
12
Metal base Ti-6242
ys = 1037 Rm = 1100
Ti-6246 +
Ti64
986
1032
14
Metal base Ti-64
ys = 982 Rm = 1020
24
Tabla III Comparacioacuten de propiedades mecaacutenicas uniaxiales para la aleacioacuten Ti-64
Table III Correlation between uniaxial mechanical properties for alloy Ti-64
Resultados
Experimentales
Metodologiacutea de
indentacioacuten
Metodologiacutea de indentacioacuten corregida
por friccioacuten
ys (MPa) 982 1074 996
n 006 010 008
25
RELACIOacuteN PIE DE FIGURAS
Fig 1 Paraacutemetros para la evaluacioacuten de la deformacioacuten en torno a la indentacioacuten
Fig 1 Parameters for evaluation of the deformation around the indentation
Fig 2 Microestructura de la aleacioacuten Ti-6246 metalografiacutea mediante MEB
Fig 2 Microstructure of Ti-6246 alloy scanning electron micrograph
Fig 3 Microestructura mediante MEB de las aleaciones correspondientes a los aacutelabes (a) Ti-64 (b) Ti-6242
Fig 3 SEM micrographs of blade titanium alloys microstructure
(a) Ti-64 (b) Ti-6242
Fig 4 Macrografiacutea de la unioacuten soldada Ti-6246 + Ti-64
Fig 4 Macrograph of the cross section of welded joint Ti-6246+Ti-64
Fig 5 Micrografiacutea de la unioacuten soldada Ti-6246+Ti-6242
Fig 5 Micrographs of the cross section of welded joint Ti-6246+Ti-6242
Fig 6 Perfil de durezas en la soldadura Ti-6246 + Ti-64
Fig 6 Hardness distribution for the weld Ti-6246 + Ti-64
Fig 7 Evolucioacuten de la dureza a lo largo de la ZAT de la unioacuten Ti-6246 +Ti-64
Fig 7 Hardness evolution across the HAZ for joint Ti-6246 +Ti-64
Fig 8 Evolucioacuten de la dureza a lo largo de la ZAT de la unioacuten Ti-6246 +Ti-6242
Fig 8 Evolution of hardness in the HAZ for joint Ti-6246 +Ti-6242
Fig 9 Curvas esfuerzo-deformacioacuten experimental y numeacuterica para la aleacioacuten Ti-64
Fig 9 StressndashStrain plot showing the comparison between experimental and numerical results for alloy Ti-64
26
RELACIOacuteN DE TABLAS
Tabla I Propiedades mecaacutenicas estimadas mediante indentacioacuten
Table I Estimation of mechanical properties by indentation methodology
Tabla II Resultados experimentales de los ensayos de traccioacuten de uniones y metales
base
Table II Experimental results from tensile test of welds and base metals
Tabla III Comparacioacuten de propiedades mecaacutenicas uniaxiales para la aleacioacuten Ti-64
Table III Correlation between uniaxial mechanical properties for alloy Ti-64
17
Fig 5 Micrografiacutea de la unioacuten soldada Ti-6246+Ti-6242
Fig 5 Micrographs of the cross section of welded joint Ti-6246+Ti-6242
Ti-6246 Ti-6242
18
Fig 6 Perfil de durezas en la soldadura Ti-6246 + Ti-64
Fig 6 Hardness distribution for the weld Ti-6246 + Ti-64
-6 -4 -2 2 4 6
30
35
40
45
50
Ti-64Ti-6246D
ure
za(H
) G
Pa
Distancia (mm)
19
Fig 7 Evolucioacuten de la dureza a lo largo de la ZAT de la unioacuten Ti-6246 +Ti-64
Fig 7 Hardness evolution across the HAZ for joint Ti-6246 +Ti-64
-600 -400 -200 200 400 600
35
40
45
50
Ti-64Ti-6246
D
ure
za (
H)
GP
a
Distancia a la unioacuten (m)
20
Fig 8 Evolucioacuten de la dureza a lo largo de la ZAT de la unioacuten Ti-6246 +Ti-6242
Fig 8 Evolution of hardness in the HAZ for joint Ti-6246 +Ti-6242
-600 -400 -200 200 400 600
35
40
45
50
Ti-6242Ti-6246
Dur
eza
(H
) G
Pa
Distancia a la unioacuten (m)
21
Fig 9 Curvas esfuerzo-deformacioacuten experimental y numeacuterica para la aleacioacuten Ti-64
Fig 9 StressndashStrain plot showing the comparison between experimental and numerical
results for alloy Ti-64
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
0 002 004 006 008 01
Deformacioacuten real
Te
ns
ioacuten
re
al
(MP
a)
Curva real
Indentacion
22
Tabla I Propiedades mecaacutenicas estimadas mediante indentacioacuten
Table I Estimation of mechanical properties by indentation methodology
Disco
Ti-6246
Aacutelabe
Unioacuten
Ti-64 Ti-6242 Ti-6246 + Ti-64 Ti-6246 + Ti-64
ys (MPa) 1317 1079 1147 1968 1907
n 007 011 009 003 003
23
Tabla II Resultados experimentales de los ensayos de traccioacuten de uniones y metales
base
Table II Experimental results from tensile test of welds and base metals
Liacutemite Elaacutestico ys (MPa)
Resist MaacuteximaRm (MPa)
Elongacioacuten()
Zona de Rotura
Ti-6246 +
Ti-6242
1026
1093
12
Metal base Ti-6242
ys = 1037 Rm = 1100
Ti-6246 +
Ti64
986
1032
14
Metal base Ti-64
ys = 982 Rm = 1020
24
Tabla III Comparacioacuten de propiedades mecaacutenicas uniaxiales para la aleacioacuten Ti-64
Table III Correlation between uniaxial mechanical properties for alloy Ti-64
Resultados
Experimentales
Metodologiacutea de
indentacioacuten
Metodologiacutea de indentacioacuten corregida
por friccioacuten
ys (MPa) 982 1074 996
n 006 010 008
25
RELACIOacuteN PIE DE FIGURAS
Fig 1 Paraacutemetros para la evaluacioacuten de la deformacioacuten en torno a la indentacioacuten
Fig 1 Parameters for evaluation of the deformation around the indentation
Fig 2 Microestructura de la aleacioacuten Ti-6246 metalografiacutea mediante MEB
Fig 2 Microstructure of Ti-6246 alloy scanning electron micrograph
Fig 3 Microestructura mediante MEB de las aleaciones correspondientes a los aacutelabes (a) Ti-64 (b) Ti-6242
Fig 3 SEM micrographs of blade titanium alloys microstructure
(a) Ti-64 (b) Ti-6242
Fig 4 Macrografiacutea de la unioacuten soldada Ti-6246 + Ti-64
Fig 4 Macrograph of the cross section of welded joint Ti-6246+Ti-64
Fig 5 Micrografiacutea de la unioacuten soldada Ti-6246+Ti-6242
Fig 5 Micrographs of the cross section of welded joint Ti-6246+Ti-6242
Fig 6 Perfil de durezas en la soldadura Ti-6246 + Ti-64
Fig 6 Hardness distribution for the weld Ti-6246 + Ti-64
Fig 7 Evolucioacuten de la dureza a lo largo de la ZAT de la unioacuten Ti-6246 +Ti-64
Fig 7 Hardness evolution across the HAZ for joint Ti-6246 +Ti-64
Fig 8 Evolucioacuten de la dureza a lo largo de la ZAT de la unioacuten Ti-6246 +Ti-6242
Fig 8 Evolution of hardness in the HAZ for joint Ti-6246 +Ti-6242
Fig 9 Curvas esfuerzo-deformacioacuten experimental y numeacuterica para la aleacioacuten Ti-64
Fig 9 StressndashStrain plot showing the comparison between experimental and numerical results for alloy Ti-64
26
RELACIOacuteN DE TABLAS
Tabla I Propiedades mecaacutenicas estimadas mediante indentacioacuten
Table I Estimation of mechanical properties by indentation methodology
Tabla II Resultados experimentales de los ensayos de traccioacuten de uniones y metales
base
Table II Experimental results from tensile test of welds and base metals
Tabla III Comparacioacuten de propiedades mecaacutenicas uniaxiales para la aleacioacuten Ti-64
Table III Correlation between uniaxial mechanical properties for alloy Ti-64
18
Fig 6 Perfil de durezas en la soldadura Ti-6246 + Ti-64
Fig 6 Hardness distribution for the weld Ti-6246 + Ti-64
-6 -4 -2 2 4 6
30
35
40
45
50
Ti-64Ti-6246D
ure
za(H
) G
Pa
Distancia (mm)
19
Fig 7 Evolucioacuten de la dureza a lo largo de la ZAT de la unioacuten Ti-6246 +Ti-64
Fig 7 Hardness evolution across the HAZ for joint Ti-6246 +Ti-64
-600 -400 -200 200 400 600
35
40
45
50
Ti-64Ti-6246
D
ure
za (
H)
GP
a
Distancia a la unioacuten (m)
20
Fig 8 Evolucioacuten de la dureza a lo largo de la ZAT de la unioacuten Ti-6246 +Ti-6242
Fig 8 Evolution of hardness in the HAZ for joint Ti-6246 +Ti-6242
-600 -400 -200 200 400 600
35
40
45
50
Ti-6242Ti-6246
Dur
eza
(H
) G
Pa
Distancia a la unioacuten (m)
21
Fig 9 Curvas esfuerzo-deformacioacuten experimental y numeacuterica para la aleacioacuten Ti-64
Fig 9 StressndashStrain plot showing the comparison between experimental and numerical
results for alloy Ti-64
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
0 002 004 006 008 01
Deformacioacuten real
Te
ns
ioacuten
re
al
(MP
a)
Curva real
Indentacion
22
Tabla I Propiedades mecaacutenicas estimadas mediante indentacioacuten
Table I Estimation of mechanical properties by indentation methodology
Disco
Ti-6246
Aacutelabe
Unioacuten
Ti-64 Ti-6242 Ti-6246 + Ti-64 Ti-6246 + Ti-64
ys (MPa) 1317 1079 1147 1968 1907
n 007 011 009 003 003
23
Tabla II Resultados experimentales de los ensayos de traccioacuten de uniones y metales
base
Table II Experimental results from tensile test of welds and base metals
Liacutemite Elaacutestico ys (MPa)
Resist MaacuteximaRm (MPa)
Elongacioacuten()
Zona de Rotura
Ti-6246 +
Ti-6242
1026
1093
12
Metal base Ti-6242
ys = 1037 Rm = 1100
Ti-6246 +
Ti64
986
1032
14
Metal base Ti-64
ys = 982 Rm = 1020
24
Tabla III Comparacioacuten de propiedades mecaacutenicas uniaxiales para la aleacioacuten Ti-64
Table III Correlation between uniaxial mechanical properties for alloy Ti-64
Resultados
Experimentales
Metodologiacutea de
indentacioacuten
Metodologiacutea de indentacioacuten corregida
por friccioacuten
ys (MPa) 982 1074 996
n 006 010 008
25
RELACIOacuteN PIE DE FIGURAS
Fig 1 Paraacutemetros para la evaluacioacuten de la deformacioacuten en torno a la indentacioacuten
Fig 1 Parameters for evaluation of the deformation around the indentation
Fig 2 Microestructura de la aleacioacuten Ti-6246 metalografiacutea mediante MEB
Fig 2 Microstructure of Ti-6246 alloy scanning electron micrograph
Fig 3 Microestructura mediante MEB de las aleaciones correspondientes a los aacutelabes (a) Ti-64 (b) Ti-6242
Fig 3 SEM micrographs of blade titanium alloys microstructure
(a) Ti-64 (b) Ti-6242
Fig 4 Macrografiacutea de la unioacuten soldada Ti-6246 + Ti-64
Fig 4 Macrograph of the cross section of welded joint Ti-6246+Ti-64
Fig 5 Micrografiacutea de la unioacuten soldada Ti-6246+Ti-6242
Fig 5 Micrographs of the cross section of welded joint Ti-6246+Ti-6242
Fig 6 Perfil de durezas en la soldadura Ti-6246 + Ti-64
Fig 6 Hardness distribution for the weld Ti-6246 + Ti-64
Fig 7 Evolucioacuten de la dureza a lo largo de la ZAT de la unioacuten Ti-6246 +Ti-64
Fig 7 Hardness evolution across the HAZ for joint Ti-6246 +Ti-64
Fig 8 Evolucioacuten de la dureza a lo largo de la ZAT de la unioacuten Ti-6246 +Ti-6242
Fig 8 Evolution of hardness in the HAZ for joint Ti-6246 +Ti-6242
Fig 9 Curvas esfuerzo-deformacioacuten experimental y numeacuterica para la aleacioacuten Ti-64
Fig 9 StressndashStrain plot showing the comparison between experimental and numerical results for alloy Ti-64
26
RELACIOacuteN DE TABLAS
Tabla I Propiedades mecaacutenicas estimadas mediante indentacioacuten
Table I Estimation of mechanical properties by indentation methodology
Tabla II Resultados experimentales de los ensayos de traccioacuten de uniones y metales
base
Table II Experimental results from tensile test of welds and base metals
Tabla III Comparacioacuten de propiedades mecaacutenicas uniaxiales para la aleacioacuten Ti-64
Table III Correlation between uniaxial mechanical properties for alloy Ti-64
19
Fig 7 Evolucioacuten de la dureza a lo largo de la ZAT de la unioacuten Ti-6246 +Ti-64
Fig 7 Hardness evolution across the HAZ for joint Ti-6246 +Ti-64
-600 -400 -200 200 400 600
35
40
45
50
Ti-64Ti-6246
D
ure
za (
H)
GP
a
Distancia a la unioacuten (m)
20
Fig 8 Evolucioacuten de la dureza a lo largo de la ZAT de la unioacuten Ti-6246 +Ti-6242
Fig 8 Evolution of hardness in the HAZ for joint Ti-6246 +Ti-6242
-600 -400 -200 200 400 600
35
40
45
50
Ti-6242Ti-6246
Dur
eza
(H
) G
Pa
Distancia a la unioacuten (m)
21
Fig 9 Curvas esfuerzo-deformacioacuten experimental y numeacuterica para la aleacioacuten Ti-64
Fig 9 StressndashStrain plot showing the comparison between experimental and numerical
results for alloy Ti-64
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
0 002 004 006 008 01
Deformacioacuten real
Te
ns
ioacuten
re
al
(MP
a)
Curva real
Indentacion
22
Tabla I Propiedades mecaacutenicas estimadas mediante indentacioacuten
Table I Estimation of mechanical properties by indentation methodology
Disco
Ti-6246
Aacutelabe
Unioacuten
Ti-64 Ti-6242 Ti-6246 + Ti-64 Ti-6246 + Ti-64
ys (MPa) 1317 1079 1147 1968 1907
n 007 011 009 003 003
23
Tabla II Resultados experimentales de los ensayos de traccioacuten de uniones y metales
base
Table II Experimental results from tensile test of welds and base metals
Liacutemite Elaacutestico ys (MPa)
Resist MaacuteximaRm (MPa)
Elongacioacuten()
Zona de Rotura
Ti-6246 +
Ti-6242
1026
1093
12
Metal base Ti-6242
ys = 1037 Rm = 1100
Ti-6246 +
Ti64
986
1032
14
Metal base Ti-64
ys = 982 Rm = 1020
24
Tabla III Comparacioacuten de propiedades mecaacutenicas uniaxiales para la aleacioacuten Ti-64
Table III Correlation between uniaxial mechanical properties for alloy Ti-64
Resultados
Experimentales
Metodologiacutea de
indentacioacuten
Metodologiacutea de indentacioacuten corregida
por friccioacuten
ys (MPa) 982 1074 996
n 006 010 008
25
RELACIOacuteN PIE DE FIGURAS
Fig 1 Paraacutemetros para la evaluacioacuten de la deformacioacuten en torno a la indentacioacuten
Fig 1 Parameters for evaluation of the deformation around the indentation
Fig 2 Microestructura de la aleacioacuten Ti-6246 metalografiacutea mediante MEB
Fig 2 Microstructure of Ti-6246 alloy scanning electron micrograph
Fig 3 Microestructura mediante MEB de las aleaciones correspondientes a los aacutelabes (a) Ti-64 (b) Ti-6242
Fig 3 SEM micrographs of blade titanium alloys microstructure
(a) Ti-64 (b) Ti-6242
Fig 4 Macrografiacutea de la unioacuten soldada Ti-6246 + Ti-64
Fig 4 Macrograph of the cross section of welded joint Ti-6246+Ti-64
Fig 5 Micrografiacutea de la unioacuten soldada Ti-6246+Ti-6242
Fig 5 Micrographs of the cross section of welded joint Ti-6246+Ti-6242
Fig 6 Perfil de durezas en la soldadura Ti-6246 + Ti-64
Fig 6 Hardness distribution for the weld Ti-6246 + Ti-64
Fig 7 Evolucioacuten de la dureza a lo largo de la ZAT de la unioacuten Ti-6246 +Ti-64
Fig 7 Hardness evolution across the HAZ for joint Ti-6246 +Ti-64
Fig 8 Evolucioacuten de la dureza a lo largo de la ZAT de la unioacuten Ti-6246 +Ti-6242
Fig 8 Evolution of hardness in the HAZ for joint Ti-6246 +Ti-6242
Fig 9 Curvas esfuerzo-deformacioacuten experimental y numeacuterica para la aleacioacuten Ti-64
Fig 9 StressndashStrain plot showing the comparison between experimental and numerical results for alloy Ti-64
26
RELACIOacuteN DE TABLAS
Tabla I Propiedades mecaacutenicas estimadas mediante indentacioacuten
Table I Estimation of mechanical properties by indentation methodology
Tabla II Resultados experimentales de los ensayos de traccioacuten de uniones y metales
base
Table II Experimental results from tensile test of welds and base metals
Tabla III Comparacioacuten de propiedades mecaacutenicas uniaxiales para la aleacioacuten Ti-64
Table III Correlation between uniaxial mechanical properties for alloy Ti-64
20
Fig 8 Evolucioacuten de la dureza a lo largo de la ZAT de la unioacuten Ti-6246 +Ti-6242
Fig 8 Evolution of hardness in the HAZ for joint Ti-6246 +Ti-6242
-600 -400 -200 200 400 600
35
40
45
50
Ti-6242Ti-6246
Dur
eza
(H
) G
Pa
Distancia a la unioacuten (m)
21
Fig 9 Curvas esfuerzo-deformacioacuten experimental y numeacuterica para la aleacioacuten Ti-64
Fig 9 StressndashStrain plot showing the comparison between experimental and numerical
results for alloy Ti-64
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
0 002 004 006 008 01
Deformacioacuten real
Te
ns
ioacuten
re
al
(MP
a)
Curva real
Indentacion
22
Tabla I Propiedades mecaacutenicas estimadas mediante indentacioacuten
Table I Estimation of mechanical properties by indentation methodology
Disco
Ti-6246
Aacutelabe
Unioacuten
Ti-64 Ti-6242 Ti-6246 + Ti-64 Ti-6246 + Ti-64
ys (MPa) 1317 1079 1147 1968 1907
n 007 011 009 003 003
23
Tabla II Resultados experimentales de los ensayos de traccioacuten de uniones y metales
base
Table II Experimental results from tensile test of welds and base metals
Liacutemite Elaacutestico ys (MPa)
Resist MaacuteximaRm (MPa)
Elongacioacuten()
Zona de Rotura
Ti-6246 +
Ti-6242
1026
1093
12
Metal base Ti-6242
ys = 1037 Rm = 1100
Ti-6246 +
Ti64
986
1032
14
Metal base Ti-64
ys = 982 Rm = 1020
24
Tabla III Comparacioacuten de propiedades mecaacutenicas uniaxiales para la aleacioacuten Ti-64
Table III Correlation between uniaxial mechanical properties for alloy Ti-64
Resultados
Experimentales
Metodologiacutea de
indentacioacuten
Metodologiacutea de indentacioacuten corregida
por friccioacuten
ys (MPa) 982 1074 996
n 006 010 008
25
RELACIOacuteN PIE DE FIGURAS
Fig 1 Paraacutemetros para la evaluacioacuten de la deformacioacuten en torno a la indentacioacuten
Fig 1 Parameters for evaluation of the deformation around the indentation
Fig 2 Microestructura de la aleacioacuten Ti-6246 metalografiacutea mediante MEB
Fig 2 Microstructure of Ti-6246 alloy scanning electron micrograph
Fig 3 Microestructura mediante MEB de las aleaciones correspondientes a los aacutelabes (a) Ti-64 (b) Ti-6242
Fig 3 SEM micrographs of blade titanium alloys microstructure
(a) Ti-64 (b) Ti-6242
Fig 4 Macrografiacutea de la unioacuten soldada Ti-6246 + Ti-64
Fig 4 Macrograph of the cross section of welded joint Ti-6246+Ti-64
Fig 5 Micrografiacutea de la unioacuten soldada Ti-6246+Ti-6242
Fig 5 Micrographs of the cross section of welded joint Ti-6246+Ti-6242
Fig 6 Perfil de durezas en la soldadura Ti-6246 + Ti-64
Fig 6 Hardness distribution for the weld Ti-6246 + Ti-64
Fig 7 Evolucioacuten de la dureza a lo largo de la ZAT de la unioacuten Ti-6246 +Ti-64
Fig 7 Hardness evolution across the HAZ for joint Ti-6246 +Ti-64
Fig 8 Evolucioacuten de la dureza a lo largo de la ZAT de la unioacuten Ti-6246 +Ti-6242
Fig 8 Evolution of hardness in the HAZ for joint Ti-6246 +Ti-6242
Fig 9 Curvas esfuerzo-deformacioacuten experimental y numeacuterica para la aleacioacuten Ti-64
Fig 9 StressndashStrain plot showing the comparison between experimental and numerical results for alloy Ti-64
26
RELACIOacuteN DE TABLAS
Tabla I Propiedades mecaacutenicas estimadas mediante indentacioacuten
Table I Estimation of mechanical properties by indentation methodology
Tabla II Resultados experimentales de los ensayos de traccioacuten de uniones y metales
base
Table II Experimental results from tensile test of welds and base metals
Tabla III Comparacioacuten de propiedades mecaacutenicas uniaxiales para la aleacioacuten Ti-64
Table III Correlation between uniaxial mechanical properties for alloy Ti-64
21
Fig 9 Curvas esfuerzo-deformacioacuten experimental y numeacuterica para la aleacioacuten Ti-64
Fig 9 StressndashStrain plot showing the comparison between experimental and numerical
results for alloy Ti-64
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
0 002 004 006 008 01
Deformacioacuten real
Te
ns
ioacuten
re
al
(MP
a)
Curva real
Indentacion
22
Tabla I Propiedades mecaacutenicas estimadas mediante indentacioacuten
Table I Estimation of mechanical properties by indentation methodology
Disco
Ti-6246
Aacutelabe
Unioacuten
Ti-64 Ti-6242 Ti-6246 + Ti-64 Ti-6246 + Ti-64
ys (MPa) 1317 1079 1147 1968 1907
n 007 011 009 003 003
23
Tabla II Resultados experimentales de los ensayos de traccioacuten de uniones y metales
base
Table II Experimental results from tensile test of welds and base metals
Liacutemite Elaacutestico ys (MPa)
Resist MaacuteximaRm (MPa)
Elongacioacuten()
Zona de Rotura
Ti-6246 +
Ti-6242
1026
1093
12
Metal base Ti-6242
ys = 1037 Rm = 1100
Ti-6246 +
Ti64
986
1032
14
Metal base Ti-64
ys = 982 Rm = 1020
24
Tabla III Comparacioacuten de propiedades mecaacutenicas uniaxiales para la aleacioacuten Ti-64
Table III Correlation between uniaxial mechanical properties for alloy Ti-64
Resultados
Experimentales
Metodologiacutea de
indentacioacuten
Metodologiacutea de indentacioacuten corregida
por friccioacuten
ys (MPa) 982 1074 996
n 006 010 008
25
RELACIOacuteN PIE DE FIGURAS
Fig 1 Paraacutemetros para la evaluacioacuten de la deformacioacuten en torno a la indentacioacuten
Fig 1 Parameters for evaluation of the deformation around the indentation
Fig 2 Microestructura de la aleacioacuten Ti-6246 metalografiacutea mediante MEB
Fig 2 Microstructure of Ti-6246 alloy scanning electron micrograph
Fig 3 Microestructura mediante MEB de las aleaciones correspondientes a los aacutelabes (a) Ti-64 (b) Ti-6242
Fig 3 SEM micrographs of blade titanium alloys microstructure
(a) Ti-64 (b) Ti-6242
Fig 4 Macrografiacutea de la unioacuten soldada Ti-6246 + Ti-64
Fig 4 Macrograph of the cross section of welded joint Ti-6246+Ti-64
Fig 5 Micrografiacutea de la unioacuten soldada Ti-6246+Ti-6242
Fig 5 Micrographs of the cross section of welded joint Ti-6246+Ti-6242
Fig 6 Perfil de durezas en la soldadura Ti-6246 + Ti-64
Fig 6 Hardness distribution for the weld Ti-6246 + Ti-64
Fig 7 Evolucioacuten de la dureza a lo largo de la ZAT de la unioacuten Ti-6246 +Ti-64
Fig 7 Hardness evolution across the HAZ for joint Ti-6246 +Ti-64
Fig 8 Evolucioacuten de la dureza a lo largo de la ZAT de la unioacuten Ti-6246 +Ti-6242
Fig 8 Evolution of hardness in the HAZ for joint Ti-6246 +Ti-6242
Fig 9 Curvas esfuerzo-deformacioacuten experimental y numeacuterica para la aleacioacuten Ti-64
Fig 9 StressndashStrain plot showing the comparison between experimental and numerical results for alloy Ti-64
26
RELACIOacuteN DE TABLAS
Tabla I Propiedades mecaacutenicas estimadas mediante indentacioacuten
Table I Estimation of mechanical properties by indentation methodology
Tabla II Resultados experimentales de los ensayos de traccioacuten de uniones y metales
base
Table II Experimental results from tensile test of welds and base metals
Tabla III Comparacioacuten de propiedades mecaacutenicas uniaxiales para la aleacioacuten Ti-64
Table III Correlation between uniaxial mechanical properties for alloy Ti-64
22
Tabla I Propiedades mecaacutenicas estimadas mediante indentacioacuten
Table I Estimation of mechanical properties by indentation methodology
Disco
Ti-6246
Aacutelabe
Unioacuten
Ti-64 Ti-6242 Ti-6246 + Ti-64 Ti-6246 + Ti-64
ys (MPa) 1317 1079 1147 1968 1907
n 007 011 009 003 003
23
Tabla II Resultados experimentales de los ensayos de traccioacuten de uniones y metales
base
Table II Experimental results from tensile test of welds and base metals
Liacutemite Elaacutestico ys (MPa)
Resist MaacuteximaRm (MPa)
Elongacioacuten()
Zona de Rotura
Ti-6246 +
Ti-6242
1026
1093
12
Metal base Ti-6242
ys = 1037 Rm = 1100
Ti-6246 +
Ti64
986
1032
14
Metal base Ti-64
ys = 982 Rm = 1020
24
Tabla III Comparacioacuten de propiedades mecaacutenicas uniaxiales para la aleacioacuten Ti-64
Table III Correlation between uniaxial mechanical properties for alloy Ti-64
Resultados
Experimentales
Metodologiacutea de
indentacioacuten
Metodologiacutea de indentacioacuten corregida
por friccioacuten
ys (MPa) 982 1074 996
n 006 010 008
25
RELACIOacuteN PIE DE FIGURAS
Fig 1 Paraacutemetros para la evaluacioacuten de la deformacioacuten en torno a la indentacioacuten
Fig 1 Parameters for evaluation of the deformation around the indentation
Fig 2 Microestructura de la aleacioacuten Ti-6246 metalografiacutea mediante MEB
Fig 2 Microstructure of Ti-6246 alloy scanning electron micrograph
Fig 3 Microestructura mediante MEB de las aleaciones correspondientes a los aacutelabes (a) Ti-64 (b) Ti-6242
Fig 3 SEM micrographs of blade titanium alloys microstructure
(a) Ti-64 (b) Ti-6242
Fig 4 Macrografiacutea de la unioacuten soldada Ti-6246 + Ti-64
Fig 4 Macrograph of the cross section of welded joint Ti-6246+Ti-64
Fig 5 Micrografiacutea de la unioacuten soldada Ti-6246+Ti-6242
Fig 5 Micrographs of the cross section of welded joint Ti-6246+Ti-6242
Fig 6 Perfil de durezas en la soldadura Ti-6246 + Ti-64
Fig 6 Hardness distribution for the weld Ti-6246 + Ti-64
Fig 7 Evolucioacuten de la dureza a lo largo de la ZAT de la unioacuten Ti-6246 +Ti-64
Fig 7 Hardness evolution across the HAZ for joint Ti-6246 +Ti-64
Fig 8 Evolucioacuten de la dureza a lo largo de la ZAT de la unioacuten Ti-6246 +Ti-6242
Fig 8 Evolution of hardness in the HAZ for joint Ti-6246 +Ti-6242
Fig 9 Curvas esfuerzo-deformacioacuten experimental y numeacuterica para la aleacioacuten Ti-64
Fig 9 StressndashStrain plot showing the comparison between experimental and numerical results for alloy Ti-64
26
RELACIOacuteN DE TABLAS
Tabla I Propiedades mecaacutenicas estimadas mediante indentacioacuten
Table I Estimation of mechanical properties by indentation methodology
Tabla II Resultados experimentales de los ensayos de traccioacuten de uniones y metales
base
Table II Experimental results from tensile test of welds and base metals
Tabla III Comparacioacuten de propiedades mecaacutenicas uniaxiales para la aleacioacuten Ti-64
Table III Correlation between uniaxial mechanical properties for alloy Ti-64
23
Tabla II Resultados experimentales de los ensayos de traccioacuten de uniones y metales
base
Table II Experimental results from tensile test of welds and base metals
Liacutemite Elaacutestico ys (MPa)
Resist MaacuteximaRm (MPa)
Elongacioacuten()
Zona de Rotura
Ti-6246 +
Ti-6242
1026
1093
12
Metal base Ti-6242
ys = 1037 Rm = 1100
Ti-6246 +
Ti64
986
1032
14
Metal base Ti-64
ys = 982 Rm = 1020
24
Tabla III Comparacioacuten de propiedades mecaacutenicas uniaxiales para la aleacioacuten Ti-64
Table III Correlation between uniaxial mechanical properties for alloy Ti-64
Resultados
Experimentales
Metodologiacutea de
indentacioacuten
Metodologiacutea de indentacioacuten corregida
por friccioacuten
ys (MPa) 982 1074 996
n 006 010 008
25
RELACIOacuteN PIE DE FIGURAS
Fig 1 Paraacutemetros para la evaluacioacuten de la deformacioacuten en torno a la indentacioacuten
Fig 1 Parameters for evaluation of the deformation around the indentation
Fig 2 Microestructura de la aleacioacuten Ti-6246 metalografiacutea mediante MEB
Fig 2 Microstructure of Ti-6246 alloy scanning electron micrograph
Fig 3 Microestructura mediante MEB de las aleaciones correspondientes a los aacutelabes (a) Ti-64 (b) Ti-6242
Fig 3 SEM micrographs of blade titanium alloys microstructure
(a) Ti-64 (b) Ti-6242
Fig 4 Macrografiacutea de la unioacuten soldada Ti-6246 + Ti-64
Fig 4 Macrograph of the cross section of welded joint Ti-6246+Ti-64
Fig 5 Micrografiacutea de la unioacuten soldada Ti-6246+Ti-6242
Fig 5 Micrographs of the cross section of welded joint Ti-6246+Ti-6242
Fig 6 Perfil de durezas en la soldadura Ti-6246 + Ti-64
Fig 6 Hardness distribution for the weld Ti-6246 + Ti-64
Fig 7 Evolucioacuten de la dureza a lo largo de la ZAT de la unioacuten Ti-6246 +Ti-64
Fig 7 Hardness evolution across the HAZ for joint Ti-6246 +Ti-64
Fig 8 Evolucioacuten de la dureza a lo largo de la ZAT de la unioacuten Ti-6246 +Ti-6242
Fig 8 Evolution of hardness in the HAZ for joint Ti-6246 +Ti-6242
Fig 9 Curvas esfuerzo-deformacioacuten experimental y numeacuterica para la aleacioacuten Ti-64
Fig 9 StressndashStrain plot showing the comparison between experimental and numerical results for alloy Ti-64
26
RELACIOacuteN DE TABLAS
Tabla I Propiedades mecaacutenicas estimadas mediante indentacioacuten
Table I Estimation of mechanical properties by indentation methodology
Tabla II Resultados experimentales de los ensayos de traccioacuten de uniones y metales
base
Table II Experimental results from tensile test of welds and base metals
Tabla III Comparacioacuten de propiedades mecaacutenicas uniaxiales para la aleacioacuten Ti-64
Table III Correlation between uniaxial mechanical properties for alloy Ti-64
24
Tabla III Comparacioacuten de propiedades mecaacutenicas uniaxiales para la aleacioacuten Ti-64
Table III Correlation between uniaxial mechanical properties for alloy Ti-64
Resultados
Experimentales
Metodologiacutea de
indentacioacuten
Metodologiacutea de indentacioacuten corregida
por friccioacuten
ys (MPa) 982 1074 996
n 006 010 008
25
RELACIOacuteN PIE DE FIGURAS
Fig 1 Paraacutemetros para la evaluacioacuten de la deformacioacuten en torno a la indentacioacuten
Fig 1 Parameters for evaluation of the deformation around the indentation
Fig 2 Microestructura de la aleacioacuten Ti-6246 metalografiacutea mediante MEB
Fig 2 Microstructure of Ti-6246 alloy scanning electron micrograph
Fig 3 Microestructura mediante MEB de las aleaciones correspondientes a los aacutelabes (a) Ti-64 (b) Ti-6242
Fig 3 SEM micrographs of blade titanium alloys microstructure
(a) Ti-64 (b) Ti-6242
Fig 4 Macrografiacutea de la unioacuten soldada Ti-6246 + Ti-64
Fig 4 Macrograph of the cross section of welded joint Ti-6246+Ti-64
Fig 5 Micrografiacutea de la unioacuten soldada Ti-6246+Ti-6242
Fig 5 Micrographs of the cross section of welded joint Ti-6246+Ti-6242
Fig 6 Perfil de durezas en la soldadura Ti-6246 + Ti-64
Fig 6 Hardness distribution for the weld Ti-6246 + Ti-64
Fig 7 Evolucioacuten de la dureza a lo largo de la ZAT de la unioacuten Ti-6246 +Ti-64
Fig 7 Hardness evolution across the HAZ for joint Ti-6246 +Ti-64
Fig 8 Evolucioacuten de la dureza a lo largo de la ZAT de la unioacuten Ti-6246 +Ti-6242
Fig 8 Evolution of hardness in the HAZ for joint Ti-6246 +Ti-6242
Fig 9 Curvas esfuerzo-deformacioacuten experimental y numeacuterica para la aleacioacuten Ti-64
Fig 9 StressndashStrain plot showing the comparison between experimental and numerical results for alloy Ti-64
26
RELACIOacuteN DE TABLAS
Tabla I Propiedades mecaacutenicas estimadas mediante indentacioacuten
Table I Estimation of mechanical properties by indentation methodology
Tabla II Resultados experimentales de los ensayos de traccioacuten de uniones y metales
base
Table II Experimental results from tensile test of welds and base metals
Tabla III Comparacioacuten de propiedades mecaacutenicas uniaxiales para la aleacioacuten Ti-64
Table III Correlation between uniaxial mechanical properties for alloy Ti-64
25
RELACIOacuteN PIE DE FIGURAS
Fig 1 Paraacutemetros para la evaluacioacuten de la deformacioacuten en torno a la indentacioacuten
Fig 1 Parameters for evaluation of the deformation around the indentation
Fig 2 Microestructura de la aleacioacuten Ti-6246 metalografiacutea mediante MEB
Fig 2 Microstructure of Ti-6246 alloy scanning electron micrograph
Fig 3 Microestructura mediante MEB de las aleaciones correspondientes a los aacutelabes (a) Ti-64 (b) Ti-6242
Fig 3 SEM micrographs of blade titanium alloys microstructure
(a) Ti-64 (b) Ti-6242
Fig 4 Macrografiacutea de la unioacuten soldada Ti-6246 + Ti-64
Fig 4 Macrograph of the cross section of welded joint Ti-6246+Ti-64
Fig 5 Micrografiacutea de la unioacuten soldada Ti-6246+Ti-6242
Fig 5 Micrographs of the cross section of welded joint Ti-6246+Ti-6242
Fig 6 Perfil de durezas en la soldadura Ti-6246 + Ti-64
Fig 6 Hardness distribution for the weld Ti-6246 + Ti-64
Fig 7 Evolucioacuten de la dureza a lo largo de la ZAT de la unioacuten Ti-6246 +Ti-64
Fig 7 Hardness evolution across the HAZ for joint Ti-6246 +Ti-64
Fig 8 Evolucioacuten de la dureza a lo largo de la ZAT de la unioacuten Ti-6246 +Ti-6242
Fig 8 Evolution of hardness in the HAZ for joint Ti-6246 +Ti-6242
Fig 9 Curvas esfuerzo-deformacioacuten experimental y numeacuterica para la aleacioacuten Ti-64
Fig 9 StressndashStrain plot showing the comparison between experimental and numerical results for alloy Ti-64
26
RELACIOacuteN DE TABLAS
Tabla I Propiedades mecaacutenicas estimadas mediante indentacioacuten
Table I Estimation of mechanical properties by indentation methodology
Tabla II Resultados experimentales de los ensayos de traccioacuten de uniones y metales
base
Table II Experimental results from tensile test of welds and base metals
Tabla III Comparacioacuten de propiedades mecaacutenicas uniaxiales para la aleacioacuten Ti-64
Table III Correlation between uniaxial mechanical properties for alloy Ti-64
26
RELACIOacuteN DE TABLAS
Tabla I Propiedades mecaacutenicas estimadas mediante indentacioacuten
Table I Estimation of mechanical properties by indentation methodology
Tabla II Resultados experimentales de los ensayos de traccioacuten de uniones y metales
base
Table II Experimental results from tensile test of welds and base metals
Tabla III Comparacioacuten de propiedades mecaacutenicas uniaxiales para la aleacioacuten Ti-64
Table III Correlation between uniaxial mechanical properties for alloy Ti-64
