Comportamento ciclico ad alta temperatura e modelli per la previsione della durata a fatica di leghe intermetalliche a base TiAl

The aim of this thesis is to characterize the intermetallic alloy Ti-45Al-2Cr-8Nb by Low Cycle Fatigue (LCF with R_ϵ=-1) and Creep tests to foresee the material behavior under fatigue tests with the software Abaqus. First of all Coffin-Manson curves were got for analyzed alloy, and their trends were correlated to the microstructure of the specimens. Then the characteristic isotropic and kinematic hardening constants were determined from LCF tests. The 3 backstresses non-linear kinematic hardening model proposed by Chaboche was used: two non-linear backstresses and one linear backstress. In addition the Power law creep constants of the material were obtained. All constants were introduced in the material section of Abaqus, where a simple model was carried out to predict the material behavior under Mean Stress Relaxation and Ratchetting fatigue tests. The software’s and experimental results of these tests were compared. Finally a LCF life prediction model (Vormwald model) was introduced and compared to the real life of Ti-45Al-2Cr-8Nb.

L'obiettivo di questo lavoro di tesi consiste nel caratterizzare la lega intermetallica Ti-45Al-2Cr-8Nb mediante prove di fatica a basso numero di cicli (LCF con R_ϵ=-1) e di scorrimento viscoso per prevedere il comportamento del materiale sotto prove di fatica con il software Abaqus. Innanzitutto, per la lega in esame, sono state ricavate le curve di Coffin-Manson e correlato il loro andamento con la microstruttura dei provini. Poi dalle prove di LCF si sono determinati i parametri caratteristici che definiscono l'incrudimento isotropo e cinematico del materiale. Per il modello di incrudimento cinematico è stato utilizzato il modello proposto da Chaboche con 3 backstress di cui 2 non lineari ed uno lineare. Sono stati inoltre ricavati i parametri caratteristici dello scorrimento viscoso del materiale in esame mediante il modello della Power Law. Tutti i valori ottenuti sono stati quindi inseriti nel software Abaqus, nel quale viene realizzato un modello semplice per poter prevedere il comportamento del materiale sottoposto a prove di rilassamento dello sforzo medio e di ratchetting. I risultati forniti dal software sono stati infine confrontati con l'effettiva risposta del materiale sotto le suddette prove. Al termine è stato proposto un modello (modello di Vormwald) di previsione della durata del materiale sotto prove LCF, poi confrontato con l'effettivo comportamento della lega.