Estudo dos efeitos da adição de oxigênio na estabilidade microestrutural e nas propriedades mecânicas de ligas do sistema Ti-Nb

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Santos, Luis Umbelino dos, 1978-
Data de Publicação: 2021
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
Texto Completo: https://hdl.handle.net/20.500.12733/5530
Resumo: Orientadores: Éder Sócrates Najar Lopes, Kaio Niitsu Campo
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spelling Estudo dos efeitos da adição de oxigênio na estabilidade microestrutural e nas propriedades mecânicas de ligas do sistema Ti-NbStudy of the effects of oxygen addition on the microstructural stability and mechanical properties of alloys of the Ti-Nb systemLigas de titânioBioengenhariaDurezaResistência à compressãoMódulo de elasticidadeTitanium alloysBioengineeringHardnessYoung's modulusCompressive strengthOrientadores: Éder Sócrates Najar Lopes, Kaio Niitsu CampoTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia MecânicaResumo: As ligas de Ti-Nb têm sido amplamente pesquisadas para aplicações ortopédicas devido às suas excelentes propriedades. Este trabalho teve como objetivo estudar os efeitos da adição de oxigênio na evolução microestrutural e nas propriedades mecânicas de ligas Ti-Nb. Lingotes com teores de Nb entre 15 e 22,5% e teores de oxigênio entre 0,15 e 0,40% ( em massa) foram fundidos a arco, homogeneizados a 1200°C por 12h, laminados a quente e, então, solubilizados a 1200°C por 1 h, seguido de resfriamento em água, ao ar e em forno. A caracterização envolveu: 1) composição química por meio de fluorescência de raios X, fusão em gás inerte e quantificação por absorção infravermelho e detecção por termocondutividade; 2) microestrutura através de microscopia eletrônica de varredura (MEV) e de transmissão (MET) e difração de raios X (DRX); 3) estabilidade térmica por meio de calorimetria exploratória diferencial (DSC); 4) propriedades mecânicas empregando-se técnica acústica para análise do módulo de elasticidade, dureza Vickers e ensaios de compressão. A dureza e a resistência à compressão aumentaram com o teor de oxigênio, enquanto mudanças menores foram observadas com a modificação da concentração de Nb. O teor de oxigênio não afetou de maneira significativa o módulo de elasticidade das ligas estudadas na condição de resfriamento rápido em água, enquanto o teor de Nb fez com que ele aumentasse. Para as amostras resfriadas em água, os teores de Nb e oxigênio tiveram efeito significativo na dureza e na resistência à compressão, porém o efeito do oxigênio foi muito mais pronunciado. Independentemente da composição, as amostras resfriadas rapidamente em água apresentaram uma microestrutura martensítica. Por sua vez, as amostras resfriadas em forno apresentaram uma microestrutura do tipo ? + ?. As ligas resfriadas em forno também exibiram boa ductilidade em compressão, mesmo com a maior quantidade de oxigênio (0,40% em massa). Os módulos de elasticidade resultantes da taxa intermediária de resfriamento (ao ar) foram valores intermediários, quando comparados aos obtidos pelos resfriamentos em água e em forno. Em síntese, o uso de oxigênio é uma boa estratégia para o aumento da resistência mecânica das ligas Ti-Nb, ao mesmo tempo que provoca poucas alterações no módulo de elasticidade. Das ligas estudadas, as martensíticas com 15% de Nb são as mais promissoras para aplicações biomédicas, pois apresentaram os menores módulos de elasticidade e elevada resistência mecânicaAbstract: Ti-Nb alloys have been widely researched for orthopedic applications due to their excellent properties. This work aimed to study the effects of the addition of oxygen in the microstructural evolution and in the mechanical properties of Ti-Nb alloys. Ingots with Nb levels between 15 and 22.5% and oxygen levels between 0.15 and 0.40% (by mass) were arc-melted, homogenized at 1200 ° C for 12 hours, hot rolled and then solubilized at 1200 ° C for 1 h, followed by cooling in water, in the air and in a furnace. The characterization involved: 1) chemical composition by means of X-ray fluorescence, inert gas fusion and quantification by infrared absorption and thermal conductivity detection; 2) microstructure through scanning electron microscopy (SEM) and transmission (MET) and X-ray diffraction (XRD); 3) thermal stability through differential scanning calorimetry (DSC); 4) mechanical properties using an acoustic technique to analyze the Young’s modulus,, Vickers microhardness and compression tests. The hardness and resistance to compression increased with the oxygen content, while minor changes were observed with the modification of the Nb concentration. The oxygen content did not significantly affect the Young’s modulus of the studied alloys in the condition of rapid cooling in water, while the Nb content increased it. For samples cooled in water, the levels of Nb and oxygen had a significant effect on hardness and resistance to compression, but the effect of oxygen was much more pronounced. Regardless of the composition, the samples water cooled showed a martensitic microstructure. In turn, the samples furnace cooled presented a microstructure of type ? + ?. The furnace cooled alloys also exhibited good ductility in compression, even with the highest amount of oxygen (0.40% by mass). The Young’s modulus resulting from the intermediate cooling rate (on air) presented intermediate values, when compared to those obtained by cooling in water and furnace cooling. In summary, the use of oxygen is a good strategy for increasing the mechanical strength of Ti-Nb alloys, while causing little change in the young’s modulus. Analyzing the studied alloys, the martensitic ones with 15% Nb are the most promising for biomedical applications, as they presented the lowest Young’s modulus and high mechanical resistanceDoutoradoMateriais e Processos de FabricaçãoDoutor em Engenharia Mecânica[s.n.]Lopes, Éder Sócrates Najar, 1982-Campo, Kaio Niitsu, 1988-Zavaglia, Cecília Amélia de CarvalhoChaves, Ricardo RissoXavier, Marcos DomingosAguiar, Denilson José Marcolino deUniversidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de Engenharia MecânicaPrograma de Pós-Graduação em Engenharia MecânicaUNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINASSantos, Luis Umbelino dos, 1978-20212021-05-31T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdf1 recurso online (120 p.) : il., digital, arquivo PDF.https://hdl.handle.net/20.500.12733/5530SANTOS, Luis Umbelino dos. Estudo dos efeitos da adição de oxigênio na estabilidade microestrutural e nas propriedades mecânicas de ligas do sistema Ti-Nb. 2021. 1 recurso online (120 p.) Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica, Campinas, SP. Disponível em: https://hdl.handle.net/20.500.12733/5530. Acesso em: 3 set. 2024.https://repositorio.unicamp.br/acervo/detalhe/1248963Requisitos do sistema: Software para leitura de arquivo em PDFporreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instname:Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instacron:UNICAMPinfo:eu-repo/semantics/openAccess2022-09-09T11:26:39Zoai::1248963Biblioteca Digital de Teses e DissertaçõesPUBhttp://repositorio.unicamp.br/oai/tese/oai.aspsbubd@unicamp.bropendoar:2022-09-09T11:26:39Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) - Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)false
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