Fatigue crack propagation in high niobium containing Ti-Al intermetallic alloys

This work is meant to evaluate the resistance against fatigue crack propagation within the intermetallic alloy designed as Ti-45Al-8Nb-2Cr, also considering the closure effect that develops inside this specific material. The tests have been performed on non-standard specimens, which have the advantage of being manufactured with a limited amount of material. After introducing the fundamental principles of fracture mechanics that are relevant for this specific material, the thesis focuses on the main characteristics of Ti-Al intermetallic alloys, analysing, in particular, the relationship between microstructure and mechanical properties. Then, the operations carried out to prepare the specimens for the FCG tests are described, focusing in particular on compression precracking procedure. Finally, the results of FCG tests and closure measurements are compared with the results of previous tests. These results are clarified with the aid of images acquired at the SEM and optical microscope.

In questo lavoro di tesi è analizzata la resistenza alla propagazione di cricche per fatica di una lega intermetallica Ti-45Al-8Nb-2Cr con una microstruttura lamellare grossolana, tenendo conto anche dell’effetto di closure tipico di questi specifici materiali. I test sono stati condotti su dei provini non standard di dimensioni miniaturizzate, che hanno il vantaggio di poter essere realizzati facendo uso di limitate quantità di materiale. Dopo aver introdotto brevemente i concetti fondamentali della meccanica della frattura rilevanti per le analisi successive, il lavoro si concentra sulle principali caratteristiche delle leghe intermetalliche Ti-Al, analizzando in particolare il legame tra microstruttura e proprietà meccaniche. Sono poi descritte le attività sperimentali necessarie per preparare i provini alle prove di FCG, soffermandosi in particolar modo sulla precriccatura in compressione. Infine, sono riportati i risultati delle prove di FCG e delle misure di closure, che sono confrontati con risultati di campagne sperimentali precedenti. I risultati ottenuti sono analizzati con riferimento alle immagini acquisite al microscopio.