Study of the high cycle fatigue behavior of the AA6351 and AA7050 aluminum alloys for aeronautics applications

As ligas de alumínio são aplicadas em cerca de 70% dos componentes estruturais dos aviões e o processo de fadiga e o modo de falha predominante em estruturas aeronáuticas, para a maioria das quais a presença de concentradores de tensão e inevitável. O comportamento em fadiga e as propriedades mecânicas das ligas de alumínio endurecíveis por precipitação são fortemente influenciadas por parâmetros como tamanho, espaçamento e densidade dos precipitados endurecedores. Neste contexto, pesquisas anteriores tem mostrado que o envelhecimento interrompido (T6I4) pode proporcionar melhores combinações de propriedades mecânicas para estas ligas. O presente trabalho tem como objetivo o estudo das propriedades mecânicas e do comportamento em fadiga de alto ciclo das ligas de alumínio AA6351 e AA7050 nas condições de tratamento térmico convencionais (T6 e T7451, respectivamente) e na condição T6I4, bem como da influência das características microestruturais e do tratamento térmico sobre estas propriedades. Dentro deste contexto, analises de Microscopia Eletrônica de Transmissão (MET) da liga AA6351 mostraram que a condição T6I4 resultou em uma maior densidade de precipitados endurecedores com tamanho heterogêneo, quando comparada com a condição T6. Para esta liga, a condição T6I4 também resultou em menores valores de tensão limite de escoamento, resistência a tração, resistência a fadiga e sensibilidade ao entalhe, com maior ductilidade e tenacidade. Para a liga AA7050, as análises de MET mostraram que a condição T6I4 resulta em uma maior densidade de precipitados endurecedores com menor tamanho, promovendo um melhor impedimento ao movimento de discordâncias durante a deformação por fadiga, quando comparada com a condição T7451. Esta alteração microestrutural proporcionou a condição T6I4 valores de resistência ao escoamento e resistência a tração similares a condição T7451, com maior ductilidade e tenacidade. A resistência a fadiga da condição T6I4 foi similar a condição T7451, entretanto o envelhecimento interrompido resultou em um melhor comportamento em sensibilidade ao entalhe.Aluminum alloys are applied in approximately 70% of the aircraft structural components and the fatigue process is the dominant failure mode in aeronautical structures, for the most of which, the presence of stress concentrators is unavoidable. The fatigue behavior and the mechanical properties of the age hardenable aluminum alloys are strongly influenced by parameters including the size, spacing and density of strengthening precipitates. Within this context, previous researches have shown that the interrupted ageing (T6I4) could provide an improved combination of mechanical properties for these alloys. This work aims to study the mechanical properties and the high cycle fatigue behavior of AA6351 and AA7050 aluminum alloys in the conventional heat treatment conditions (T6 and T7451, respectively) and in the T6I4 condition, as well as the influence of the microstructural characteristics and of the heat treatment on these properties. Within this context, Transmission Electron Microscopy (TEM) analyzes of the AA6351 alloy showed that T6I4 condition resulted in higher density of hardening precipitates with heterogeneous size compared to T6 condition. For this alloy, the T6I4 condition resulted in lower values of yield stress, ultimate tensile strength, fatigue strength and notch sensitivity, with higher ductility and toughness. For the AA7050 alloy, TEM analyses showed that T6I4 condition presented a higher density of strengthening precipitates with smaller size promoting an improved dislocation pinning effect during the fatigue deformation compared to T7451 condition. This microstructural change provided to T6I4 condition yield stress and ultimate tensile strength similar to T7451, with higher ductility and toughness. The fatigue strength of T6I4 condition was also similar to T7451, however the interrupted ageing provided a better notch sensitivity behavior