Caracterização química microestrutural e mecânica de ligações Ti6Al4V-Ti6Al4V processadas por brasagem

Abstract

Este trabalho consistiu na caracterização química microestrutural e mecânica de ligações Ti6Al4V/Ti6Al4V processadas por brasagem, com o auxílio de 3 ligas de brasagem comercialmente disponíveis (Cusil, Ticuni e Tini67) e a uma outra desenvolvida nesta investigação. Nas ligações processadas com a liga Cusil (72Ag-28Cu, % ponderal), a 820 °C, a temperatura de brasagem não alterou a microestrutura do material de base. Entre a liga Ti6Al4V e a liga de brasagem formaram-se duas camadas de reação essencialmente compostas por intermetálicos Ti-Cu; no centro da zona de ligação formou-se uma solução sólida de prata, que é sabido limitar a temperatura máxima de serviço destas ligações a sensivelmente 300 °C. Do processamento com as ligas Ticuni (Ti-15Cu-15Ni, % ponderal) e Tini67 (Ti-33Ni, % ponderal) a 1000 °C e 1080 °C, respetivamente, resultou a formação de interfaces com estrutura lamelar, difíceis de distinguir do material de base. O processamento de ligações com estas duas ligas de brasagem provocou alteração da microestrutura do material de base, de equiaxial para Widmanstätten. Esta modificação é considerada nefasta, visto provocar uma perda geral do excelente balanço de propriedades mecânicas, que a estrutura equiaxial confere à liga Ti6Al4V. Destes resultados, concluiu-se que nenhuma das ligas de brasagem comerciais testadas é inteiramente adequada, para a vasta gama de aplicações em que as ligações Ti6Al4V/Ti6Al4V podem ser empregues. Nesse sentido, desenvolveu-se uma nova liga de brasagem, com uma estrutura do tipo multicamada, por deposição de filmes Ag/Cu numa folha de Ti. Numa primeira abordagem o substrato foi revestido por eletrodeposição, processo que viria a ser considerado inviável, devido à dificuldade em produzir filmes com espessuras adequadas e controladas. Em alternativa, recorreuse à técnica de pulverização catódica (PVD), através da qual foi produzida uma nova liga de brasagem, designada 86Ag-14Cu/Ti/86Ag-14Cu. O processamento com a liga 86Ag-14Cu/Ti/86Ag-14Cu a 900 e a 950 °C, não provocou alterações significativas na microestrutura da liga Ti6Al4V. As interfaces resultantes encontravamse isentas de soluções sólidas baseadas em prata. Entre o material de base e o Ti da zona central formaram-se 3 camadas de reação, compostas por intermetálicos Ti-Ag. A dureza da região que engloba estas camadas, não exclui a possibilidade destas ligações poderem apresentar resistência mecânica superior à das processadas com a liga Cusil.

This work mainly focused on the microstructural, chemical and mechanical characterization of Ti6Al4V/Ti6Al4V brazed joints, processed using three commercially available brazing fillers (Cusil, Ticuni and Tini67) and one other developed during this work. Parent metal microstructure did not suffer significant changes when processing with Cusil brazing alloy (72Ag-28Cu, weight %) at 820 °C. On the interface between Ti6Al4V and the molten filler, two reaction layers developed, mainly composed of Ti-Cu intermetallics. At the joint centre an Ag based solid solution remained, which is known to restrict the service temperature of these joints to a maximum of 300 °C. When processing with Ticuni (Ti-15Cu-15Ni, weight %) and Tini67 (Ti- 33Ni, weight %) brazing fillers, at 1000 and 1080 °C, respectively, transition from equiaxied to Widmanstätten microstructure was observed, on both the joint region and the parent metal. This change is considered to be detrimental, as, in general terms, the lamellar morphology is known to hold lower mechanical properties. From these results, it was concluded that none of the commercial brazing fillers tested is entirely suitable, for the vast range of applications where Ti6Al4V/Ti6Al4V joints can be applied. Thereafter, a new multi-layered filler metal was developed, by deposition of Ag/Cu films on a Ti substrate. On a first approach, the substrate was coated by electroplating, a process that would later be dismissed, due to difficulties on producing layers with adequate and controlled thickness. Alternatively, Ag/Cu layers were produced by magnetron sputtering (PVD), a technique through which a new brazing filler was developed, named 86-Ag-14Cu/Ti/86Ag-14Cu. When processing at 900 and 950 °C with the 86-Ag-14Cu/Ti/86Ag-14Cu filler, no significant changes were observed on the parent metal microstructure. No Ag based solid solutions were detected on the brazed joint. At the Ti/Ti6Al4V interface, 3 reaction layers were found, mainly composed of Ti-Ag intermetallic compounds. The hardness of these regions doesn’t exclude the possibility of these joints having better mechanical properties, than those processed with Cusil brazing filler.