Efeito da microadição de oxigênio na estabilidade microestrutural da liga Ti-29Nb-13Ta-4,6Zr processada via deformação plástica severa e envelhecimento
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Data de Publicação: | 2021 |
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Texto Completo: | https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/14110 |
Resumo: | Gum Metal corresponds to a family of β-Ti alloys that are currently receiving great attention due to its outstanding properties such as low elastic modulus, superelasticity, and high tensile strength. These alloys show only β-stabilizing, non-toxic, and biocompatible alloying elements. For the production of Gum Metal, it is recommended the addition of oxygen that is not tightly defined in the literature, as well as an accentuated cold work, which is usually obtained by cold rolling or swaging. The present work proposed to produce Gum Metal Ti-29Nb-13Ta-4.6Zr-xO (wt.%) with three different oxygen contents (700, 2200, and 4600 ppm) by an alternative processing route composed of rotary forging and severe plastic deformation (SPD) by HPT. Also, the work proposes to investigate alloy behavior during aging. This thesis aimed to find a microstructural condition that provides high mechanical strength while maintaining the Gum Metal typical low elastic modulus. The processed alloy in this work had its microstructure, mechanical, thermal, and physical properties investigated. An increase in β-phase stability, to the detriment of αʺ, as well as in the mechanical properties was observed with the combined effect of oxygen addition, HPT processing, and aging. The increase in mechanical properties was attributed to the microstructural refinement, with a grain size up to 50 nm, and to the high dislocation density, both obtained after SPD, and to the formation of finely dispersed precipitates in the β-matrix after aging. Microhardness of approximately 400 HV was obtained for samples in two different combinations of processing and oxygen level. The elastic modulus did not change significantly for the different oxygen levels, obtaining values between 58 to 70 GPa. The typical properties of Gum Metal were achieved in the present thesis, which is related to the deformation mechanisms such as slip, twinning, transformation-induced martensite as well as reverse martensitic transformation. |
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Silva, Murillo Romero daBolfarini, Claudemirohttp://lattes.cnpq.br/9231627080617037Gargarella, Piterhttp://lattes.cnpq.br/4641435644243916http://lattes.cnpq.br/77413157913685059235b5ad-e4b4-43ce-a2a6-be4b121ee4c32021-04-14T19:06:53Z2021-04-14T19:06:53Z2021-02-24SILVA, Murillo Romero da. Efeito da microadição de oxigênio na estabilidade microestrutural da liga Ti-29Nb-13Ta-4,6Zr processada via deformação plástica severa e envelhecimento. 2021. Tese (Doutorado em Ciência e Engenharia de Materiais) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2021. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/14110.https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/14110Gum Metal corresponds to a family of β-Ti alloys that are currently receiving great attention due to its outstanding properties such as low elastic modulus, superelasticity, and high tensile strength. These alloys show only β-stabilizing, non-toxic, and biocompatible alloying elements. For the production of Gum Metal, it is recommended the addition of oxygen that is not tightly defined in the literature, as well as an accentuated cold work, which is usually obtained by cold rolling or swaging. The present work proposed to produce Gum Metal Ti-29Nb-13Ta-4.6Zr-xO (wt.%) with three different oxygen contents (700, 2200, and 4600 ppm) by an alternative processing route composed of rotary forging and severe plastic deformation (SPD) by HPT. Also, the work proposes to investigate alloy behavior during aging. This thesis aimed to find a microstructural condition that provides high mechanical strength while maintaining the Gum Metal typical low elastic modulus. The processed alloy in this work had its microstructure, mechanical, thermal, and physical properties investigated. An increase in β-phase stability, to the detriment of αʺ, as well as in the mechanical properties was observed with the combined effect of oxygen addition, HPT processing, and aging. The increase in mechanical properties was attributed to the microstructural refinement, with a grain size up to 50 nm, and to the high dislocation density, both obtained after SPD, and to the formation of finely dispersed precipitates in the β-matrix after aging. Microhardness of approximately 400 HV was obtained for samples in two different combinations of processing and oxygen level. The elastic modulus did not change significantly for the different oxygen levels, obtaining values between 58 to 70 GPa. The typical properties of Gum Metal were achieved in the present thesis, which is related to the deformation mechanisms such as slip, twinning, transformation-induced martensite as well as reverse martensitic transformation.As Gum Metal correspondem a uma classe de ligas de Ti β compostas por elementos β-estabilizadores, não-tóxicos e biocompatíveis, que vem atualmente recebendo grande atenção devido as suas propriedades ímpares como baixo módulo de elasticidade, superelasticidade e alta resistência mecânica. Para a produção dessas ligas recomenda-se a adição de oxigênio, em teores não bem definidos na literatura, bem como deformação plástica acentuada que geralmente é realizada por laminação ou forjamento a frio. O presente trabalho se propôs a produzir a Gum Metal Ti-29Nb-13Ta-4,6Zr-xO (%peso) com três teores de oxigênio (700, 2200 e 3600 ppm) por uma rota alternativa de processamento composta por forjamento rotativo a quente e deformação plástica severa (DPS) por HPT. O comportamento da liga durante envelhecimento foi também investigado. O objetivo da presente tese foi encontrar uma condição microestrutural que forneça uma alta resistência mecânica, enquanto mantém o baixo módulo de elasticidade característico das Gum Metal. A liga processada teve sua microestrutura, propriedades mecânicas, térmicas e físicas investigadas. Um aumento na estabilidade da fase β, em detrimento da αʺ, e nas propriedades mecânicas foi observado com a ação combinada da adição de oxigênio, processamento por HPT e envelhecimento. O aumento nas propriedades mecânicas foi atribuído ao elevado refino microestrutural, obtendo grãos com 50 nm, e a elevada densidade de discordância, ambos obtidos após DPS, bem como pela formação de precipitados finamente dispersos na matriz de β após o envelhecimento. Microdureza igual a 400 HV foi obtida em amostras para duas diferentes combinações de processamento/composição. O módulo de elasticidade não apresentou mudanças significativas com a alteração do teor de oxigênio, obtendo-se valores entre 58 a 70 GPa. As propriedades típicas das Gum Metal foram obtidas na presente tese, as quais estão relacionadas aos mecanismos de deformação como maclagem, deslizamento, martensita induzida por transformação, bem como transformação martensítica reversa.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)CAPES: 88882.332706/2018-01CAPES BRAGECRIM: 88887.125531/2016-00CAPES: Código de Financiamento 001porUniversidade Federal de São CarlosCâmpus São CarlosPrograma de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais - PPGCEMUFSCarAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessLigas de Ti βDeformação plástica severaForjamento rotativoEnvelhecimentoOxigênioβ-Ti alloysSevere plastic deformationHigh-pressure torsionAgingOxygenGum MetalENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA::METALURGIA FISICAEfeito da microadição de oxigênio na estabilidade microestrutural da liga Ti-29Nb-13Ta-4,6Zr processada via deformação plástica severa e envelhecimentoEffect of oxygen micro-additions on the microstructural stability of Ti-29Nb-13Ta-4.6Zr-xO processed by severe plastic deformation and aginginfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesis600600ea2697dd-8d22-4c7a-8bdd-487c739e04c7reponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARORIGINALMurillo Romero da Silva - Tese.pdfMurillo Romero da Silva - Tese.pdfTese, versão finalapplication/pdf29922406https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/14110/1/Murillo%20Romero%20da%20Silva%20-%20Tese.pdf7a79eb3f87cd5ee9058ddb4fbad42c5dMD51BCO carta comprovante autoarquivamento .pdfBCO carta comprovante autoarquivamento .pdfCarta comprovante assinada pelo orientadorapplication/pdf370672https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/14110/2/BCO%20carta%20comprovante%20autoarquivamento%20.pdfc1dbb9b823b6837a461dc794fdf91c81MD52CC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8811https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/14110/3/license_rdfe39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34MD53TEXTMurillo Romero da Silva - Tese.pdf.txtMurillo Romero da Silva - Tese.pdf.txtExtracted texttext/plain355911https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/14110/4/Murillo%20Romero%20da%20Silva%20-%20Tese.pdf.txtded7ff3ee99e52eb2d7f861423747205MD54BCO carta comprovante autoarquivamento .pdf.txtBCO carta comprovante autoarquivamento .pdf.txtExtracted texttext/plain1https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/14110/6/BCO%20carta%20comprovante%20autoarquivamento%20.pdf.txt68b329da9893e34099c7d8ad5cb9c940MD56THUMBNAILMurillo Romero da Silva - Tese.pdf.jpgMurillo Romero da Silva - Tese.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg6767https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/14110/5/Murillo%20Romero%20da%20Silva%20-%20Tese.pdf.jpg62b12cf38ca2edda70dc495e607dfe7aMD55BCO carta comprovante autoarquivamento .pdf.jpgBCO carta comprovante autoarquivamento .pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg13233https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/14110/7/BCO%20carta%20comprovante%20autoarquivamento%20.pdf.jpgbef5a702ed6fb44481f5f647a8e9061fMD57ufscar/141102023-09-18 18:32:09.103oai:repositorio.ufscar.br:ufscar/14110Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestopendoar:43222023-09-18T18:32:09Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false |
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