L'aliatge de titani de grau 5, també conegut com a Ti-6Al-4V, és l'aliatge de titani més utilitzat en camps de l'aeroespacial, l'automoció, la medicina, la marina i les estructurals d'alt rendiment. Un dels seus avantatges més atractius és la seva excel·lent resistència a la fatiga, especialment sota càrrega cíclica, ambients corrosius i temperatures elevades. El seu comportament a la fatiga està molt relacionat amb el tractament tèrmic, l'estat de la superfície, el tipus de càrrega i el procés de fabricació. A continuació es mostra una explicació detallada del seu rendiment a la fatiga.
En primer lloc, la resistència a la fatiga de Ti-6Al-4V s'avalua normalment mitjançant la corba S-N sota càrregues de flexió o compressió de tensió cíclica.
Per al Ti-6Al-4V recuit, el límit de resistència (límit de fatiga a 107 cicles) és ap
aproximadament 450–500 MPa sota càrrega axial. Sota la flexió giratòria, el valor és lleugerament superior, generalment 495-575 MPa. Aquest nivell és significativament més alt que molts acers i aliatges d'alumini amb la mateixa densitat, el que el fa ideal per a components estructurals lleugers sotmesos a vibracions i cicles de càrrega a llarg termini.
El tractament tèrmic té un efecte notable sobre el rendiment de la fatiga.
El Ti-6Al-4V tractat i envellit amb solució (STA) té una resistència a la tracció i el rendiment més alta, de manera que la seva resistència a la fatiga d'alt cicle pot arribar als 550-630 MPa, que és aproximadament un 10% superior a la condició de recuit. Tanmateix, com que la ductilitat i la tenacitat disminueixen lleugerament, la seva resistència al creixement de les esquerdes es pot reduir. En canvi, la condició de recuit proporciona una millor resistència a la propagació de les esquerdes per fatiga i és més estable sota càrrega d'amplitud variable, per la qual cosa es prefereix en aplicacions on s'ha de minimitzar el risc de fractura.
En segon lloc, la taxa de creixement de les esquerdes per fatiga és un indicador clau de la fiabilitat estructural.
El Ti-6Al-4V té una baixa taxa de creixement d'esquerdes per fatiga en comparació amb la majoria de metalls estructurals. En condicions ambientals típiques, la taxa de creixement de l'esquerda da/dN segueix la llei de París, amb un coeficient relativament baix. Això vol dir que fins i tot si hi ha petits defectes, l'aliatge els pot tolerar sense fallades sobtades durant un gran nombre de cicles. Aquesta característica és fonamental per als components aeroespacials, com ara les pales de la turbina, les peces del tren d'aterratge i les estructures del fuselatge dels avions.
L'estat de la superfície és un altre factor important. Les superfícies polides o granallades milloren molt la vida a la fatiga. El Shot Peening introdueix una tensió residual de compressió a la superfície, que suprimeix eficaçment l'inici de les esquerdes i pot augmentar la resistència a la fatiga entre 90 i 125 MPa. Per contra, les superfícies rugoses, les marques de mecanitzat o les osques actuen com a augmentadors de tensió i poden reduir el rendiment de la fatiga en un 30% o més. Per tant, es recomana l'acabat superficial per a aplicacions d'alta fatiga.
Pel que fa als efectes ambientals, el titani de grau 5 manté una excel·lent resistència a la fatiga en entorns corrosius com l'aigua de mar, l'esprai de sal i condicions suaus àcides o alcalines.
A diferència de l'acer, no pateix una degradació greu per fatiga per corrosió en entorns de clorur. Això la converteix en la primera opció per a components marins, estructures offshore i implants quirúrgics. A temperatures moderadament elevades (al voltant de 150-200 graus), la resistència a la fatiga disminueix lleugerament, però segueix sent superior a molts aliatges d'alumini.
En resum,L'aliatge de titani de grau 5 demostra una resistència a la fatiga d'alt cicle excepcional, una bona resistència al creixement de les esquerdes i una forta durabilitat a la fatiga ambiental. El tractament tèrmic adequat i la millora de la superfície poden optimitzar encara més el seu comportament a la fatiga. Aquestes propietats expliquen per què el Ti-6Al-4V segueix sent insubstituïble en components que requereixen un pes lleuger, una gran resistència i una durabilitat ultraalta sota càrrega cíclica a llarg termini.
