Materiales aeroespaciales: conocer para mejorar en la frontera del conocimiento

Análisis in-situ del efecto de la carga en los mecanismos de deformación y fractura del intermetálico gamma-TiAl en condiciones de fluencia

Los aluminuros de titanio gamma son intermetálicos de gran importancia para la fabricación de turbinas de baja presión (Low Pressure Turbine, LPT) porque pueden proporcionar una elevada relación de potencia frente al peso. Los álabes de las turbinas LPT soportan unas agresivas condiciones de servicio ya que operan a temperaturas superiores a los 750 ºC. Se espera que los aluminuros de titanio gamma reemplacen las pesadas superaleaciones de base níquel que componen actualmente las LPT.

El Grupo de Tecnología de Polvos (GTP) de la Universidad Carlos III de Madrid, en colaboración con el Instituto IMDEA Materiales, investiga la relación existente entre las características microestructurales del intermetálico gamma-TiAl y sus propiedades mecánicas. En esta línea de investigación, el objetivo se centra en establecer los mecanismos de deformación y de nucleación y de propagación de grietas en las aleaciones gamma-TiAl a temperaturas de servicio. Para ello, se han llevado a cabo ensayos mecánicos in-situ en un microscopio electrónico de barrido en distintas condiciones. En particular, se han realizado ensayos de tracción (velocidad de deformación constante) y de fluencia (carga constante) a 750 ºC. Durante estos ensayos se han tomado imágenes de la superficie de la muestra. A partir de estas observaciones, se sugiere que el deslizamiento de los bordes de las colonias se activa durante la etapa secundaria en los ensayos de fluencia a 300 MPa y 400 MPa y durante la etapa terciaria en los ensayos de fluencia a cargas mayores de 425MPa, así como en los ensayos de tracción. Las zonas intercoloniales y los refuerzos de TiB2 se presentan como zonas preferenciales para la nucleación de las grietas. Además, en los ensayos de fluencia a mayores cargas y en los de velocidad de deformación constante se observa la aparición de relieve interlaminar durante la etapa secundaria. En todas las condiciones también se observan grietas de tipo translaminar. Sin embargo, éstas tienen mayor presencia en el caso de velocidad de deformación constante y en los ensayos de fluencia con altas cargas. De este modo, estos resultados revelan la existencia de una transición en los mecanismos de deformación de estas aleaciones a distintas cargas.