Efeito da adição de estanho na microestrutura e propriedades mecânicas de ligas Ti-35Nb-5Ta-xSn

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Palácio, Felipe de Oliveira, 1983-
Data de Publicação: 2023
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/20.500.12733/15296
Resumo: Orientadores: Rubens Caram Junior, Rodrigo José Contieri
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spelling Efeito da adição de estanho na microestrutura e propriedades mecânicas de ligas Ti-35Nb-5Ta-xSnEffect of tin addition on microstructure and mechanical properties of Ti-35Nb-5Ta-xSn alloysLigas de titânioBiomateriaisMódulo de elasticidadePropriedades mecânicasTitanium alloysBiomaterialsElastic modulusMechanical propertiesOrientadores: Rubens Caram Junior, Rodrigo José ContieriTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia MecânicaResumo: A aplicabilidade do titânio e suas ligas abrange diversas áreas, como aeroespacial, química, e naval e, mais recentemente, sua importância cresceu no contexto de biomateriais. A eliminação de elementos de liga prejudiciais à saúde humana, como alumínio e vanádio, é amplamente debatida na literatura. O desenvolvimento de novas ligas isentas desses elementos, especialmente quando são de custo acessível, ganha relevância significativa. Diante deste contexto, este estudo tem como objetivo desenvolver ligas de Ti com aplicabilidade em biomateriais, utilizando elementos de liga que não apresentam riscos à saúde humana. Foram investigadas as ligas Ti-35Nb-5Ta-xSn (onde x representa 2%, 4% e 8% em peso de estanho), que foram preparadas por fusão a arco voltaico, seguida de homogeneização em tubos de quartzo a 1000°C por 12 horas, forjamento a quente, solubilização a 900°C por 1 hora e resfriamento em água. Além disso, as ligas foram submetidas a tratamentos térmicos de envelhecimento para aumentar sua resistência mecânica, resultando na precipitação de nova fase. A caracterização microestrutural foi realizada por meio de técnicas como microscopia óptica, microscopia eletrônica de varredura e análises de difração de raios-X. As propriedades mecânicas das ligas foram determinadas por testes de dureza Vickers, medição do módulo de elasticidade utilizando a técnica de ultrassom, e ensaios de tração. O aumento da concentração de estanho nas ligas resultou em endurecimento por solução sólida e, consequentemente, um aumento na resistência mecânica, bem como mudanças na cinética de transformação de fases. Importante notar que a fase ? não foi identificada por meio de análises de DRX em nenhuma das amostras das composições estudadas. As ligas desenvolvidas demonstraram ser promissoras para aplicações como implantes biomédicos. Por exemplo, a amostra solubilizada da liga Ti-35Nb-5Ta-2Sn apresentou um módulo de elasticidade de 58 GPa, limite de resistência à tração de 437 MPa e alongamento de 28%. Após o envelhecimento a 400°C por 24 horas, essa mesma liga exibiu um módulo de elasticidade de 70 GPa, limite de resistência à tração de 632 MPa com um alongamento próximo a 10%Abstract: The applicability of titanium and its alloys covers various areas such as aerospace, chemical, and naval, and more recently, their importance has increased in the context of biomaterials. The removal of alloying elements harmful to human health, such as aluminum and vanadium, is widely discussed in the literature. The development of new alloys free of these elements, especially when they are cost-effective, gains significant relevance. In this context, this study aims to develop Ti alloys for biomaterial applications, using alloying elements that do not pose risks to human health. The Ti-35Nb-5Ta-xSn alloys (where x represents 2%, 4%, and 8% by weight of tin) were investigated, prepared by arc melting, followed by homogenization in quartz tubes at 1000°C for 12 hours, hot forging, solubilization at 900°C for 1 hour, and water cooling. Furthermore, the alloys underwent aging heat treatments to increase their mechanical strength, resulting in the precipitation of a new phase. Microstructural characterization was carried out using techniques such as optical microscopy, scanning electron microscopy, and X-ray diffraction analysis. The mechanical properties of the alloys were determined through Vickers hardness tests, measurement of the elastic modulus using the ultrasonic technique, and tensile tests. The increase in tin concentration in the alloys resulted in solid solution strengthening, and consequently, an increase in mechanical strength, as well as changes in the kinetics of phase transformation. It is important to note that the ? phase was not identified through XRD analysis in any of the samples of the compositions studied. The developed alloys have shown promise for applications such as biomedical implants. For example, the solubilized sample of the Ti-35Nb-5Ta-2Sn alloy showed an elastic modulus of 58 GPa, an ultimate tensile strength of 437 MPa, and an elongation of 28%. After aging at 400°C for 24 hours, the same alloy exhibited an elastic modulus of 70 GPa, an ultimate tensile strength of 632 MPa with an elongation close to 10%DoutoradoMateriais e Processos de FabricaçãoDoutor em Engenharia MecânicaCAPES001[s.n.]Caram Junior, Rubens, 1958-Contieri, Rodrigo José, 1979-Fogagnolo, João BatistaSoyama, JulianoRios, Carlos TriveñoChaves, Ricardo RissoUniversidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de Engenharia MecânicaPrograma de Pós-Graduação em Engenharia MecânicaUNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINASPalácio, Felipe de Oliveira, 1983-20232023-11-14T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdf1 recurso online (153 p.) : il., digital, arquivo PDF.https://hdl.handle.net/20.500.12733/15296PALÁCIO, Felipe de Oliveira. Efeito da adição de estanho na microestrutura e propriedades mecânicas de ligas Ti-35Nb-5Ta-xSn. 2023. 1 recurso online (153 p.) 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