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Orientador: Rubens Caram Junior / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-25T20:28:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Mello_MarianaGerardi_M.pdf: 7703668 bytes, checksum: e57388ff91b2ed6bded8b3ae1daee175 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: O aumento da expectativa de vida e as melhorias sempre necessárias na área da saúde conferem grande importância ao desenvolvimento de biomateriais. Ligas de Ti contendo elementos ? estabilizadores são atrativas para uso como biomaterial devido a sua alta resistência específica, elevada resistência à corrosão e incomum biocompatibilidade, além de menor módulo de elasticidade, o que é benéfico para os tecidos ósseos próximos ao implante. Este trabalho trata do estudo de estabilidade de fases em ligas tipo ? no sistema Ti-Mo-Sn processadas sob diferentes condições e foi realizado por meio das seguintes etapas: (a) Estudo do efeito do teor de Sn na estabilidade de fases após resfriamento ao forno e em água em ligas Ti-Mo; (b) Estudo do efeito do teor de Sn na supressão da formação das fases ? e ?¿¿; (c) Estudo do efeito do teor de Sn na precipitação da fase ? por meio de envelhecimento; (d) Estudo das propriedades mecânicas das amostras processadas sob diferentes condições. Tal trabalho foi desenvolvido a partir da preparação de ligas em forno a arco sob atmosfera controlada, tratamento térmico de homogeneização, deformação plástica por meio de laminação a quente e caracterização utilizando-se microscopia óptica, microscopia eletrônica de varredura e transmissão, difração de raios-X e calorimetria exploratória diferencial. As amostras foram também submetidas a tratamentos térmicos de envelhecimento. As propriedades mecânicas das amostras foram avaliadas por meio de ensaios de tração e medidas de módulo de elasticidade usando técnicas acústicas. Os resultados sugerem que o Sn se comporta como um elemento de liga supressor da formação das fases ? e ?¿¿ em ligas Ti-Mo. Além disso, propicia o refinamento da fase ? precipitada, o que resulta em aumento da resistência mecânica / Abstract: The increase in life expectancy and the always necessary healthcare improvements attach great importance to the development of biomaterials. Ti alloys containing ? stabilizing elements are prone to be used as biomaterials due to their high specific strength, high corrosion resistance, unusual biocompatibility and low modulus of elasticity, which is very beneficial to the bone tissues near the implant. This study deals with the phase stability in ? type alloys in the Ti-Mo-Sn system processed under different conditions and was carried out through the following steps: (a) Study of the effect of the Sn content on the phase stability in Ti-Mo alloys; (b) Study of the effect of the Sn content on the suppression of the ? and ?'' phases precipitation; (c) Study of the effect of the Sn content on the precipitation of the ? phase by aging; (d) Study of the mechanical properties of samples processed under different conditions. This study was developed through the preparation of alloys by using arc furnace under controlled atmosphere, homogenization heat treatment, plastic deformation through hot rolling and characterization using optical microscopy, scanning and transmission electron microscopy, X-ray diffraction and differential scanning calorimetry. Samples were also submitted to aging heat treatments. The mechanical properties of the samples were evaluated by tensile test and measurement of elastic modulus using acoustic techniques. The results suggest that Sn acts as a suppressor alloying element in the formation of the ? e ?¿¿ phases in the Ti-Mo system. Moreover, Sn addition provides refinement of ? phase particles, which provides an increase in the mechanical strength / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Mestra em Engenharia Mecânica

Orientador: Carlos Roberto Grandini / Banca: Ana Paulo Rosifini Alves Claro / Banca: Paulo Sergio da Silva Junior / O Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia de Materiais, PosMat, tem caráter institucional e integra as atividades de pesquisa em materiais de diversos campi da Unesp / Resumo: Atualmente, existe a necessidade de se encontrar materiais para o uso como biomateriais, principalmente em relação às suas propriedades mecânicas. Com isso, procura-se ligas com excelente biocompatibilidade, passividade química extrema e propriedades mecânicas para um bom comportamento do material a longo prazo. Amparado por excelentes propriedades, o titânio e suas ligas têm sido amplamente utilizados por várias décadas como materiais para implantes e dispositivos médicos em todo mundo. A liga Ti-6A1-4V ainda é a principal liga de titânio usada como biomaterial no Brasil, mas devido à preocupação sobre a toxidade do alumínio e do vanádio a longo prazo, têm sido desenvolvida novas ligas sem a presença destes elementos. Dentre as ligas binárias estudadas, a liga Ti-Zr apresenta propriedades vantajosas como boa resistência a tração, baixa densidade, boa biocompatibilidade. Neste trabalho amostras de Ti-5%p.Zr e Ti-10%p.Zr são submetidas a tratamentos térmicos de homogeneização e duas dopagens com oxigênio para verificar a influencia do processamento nas propriedades das ligas. As amostras foram caracterizadas através de medidas de densidades, microdureza, difração de raios X com análise de Rietveld, Análise Química, Análise de gases e ensaios de citotoxicidade. Ensaios no pêndulo de torção revelam o espectro anelástico das amostras e a resposta elástica do mesmo em função da temperatura. Através dos resultados pode-se obter uma relação entre a concentração de oxigênio e as propriedades mecânicas, estruturais e biocompatibilidade das ligas estudadas / Abstract: Nowadays, there is a need to find reliable material for use as biomaterials, especially in relation to their mechanical properties. With this comes the search for alloys with excellent biocompatibility, extreme chemical passivity and mechanical properties in an effort to create a satisfactory long-term material. With the support of excellent properties, titanium and its alloys have benn widely used for several decades as materials for orthopedic and dental implants and medical devices worldwide. The Ti-6A1-4V alloy is still the main titanium alloy used as a biomaterials in Brazil, but due to concerns about the long-term toxicity of aluminum and vanadium, new alloys have benn developed without the presence of these elements. Among the binary alloys studied, Ti-ZR has advantageus properties such as good tensile strength, low density, good biocompatibility. In this work samples of Ti-5%p.Zr and Ti-10%p.Zr are subjected to heat treatment and homogenization of two doping with oxygen to check the influence of processing on the properties of alloys. The samples were characterized by density measurments, microhardness, X-ray diffraction with Rietveld analysis, Chemical Analysis, Analysis of gases and in vitro cytotoxicity tests. Torsion pendulum tests show the anelastic spectrum of samples and the same elastic response as a function of temperature. through the results we can obtain a relationship between oxygen concentration and mechanical properties, structural and biocompatibility of the alloys studied / Mestre

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:30:19Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2010-07-27Bitstream added on 2014-06-13T20:47:10Z : No. of bitstreams: 1 vicente_fb_me_bauru.pdf: 4080382 bytes, checksum: 373e375b5b088e5f1dc9657a337315a2 (MD5) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Atualmente, existe a necessidade de se encontrar materiais para o uso como biomateriais, principalmente em relação às suas propriedades mecânicas. Com isso, procura-se ligas com excelente biocompatibilidade, passividade química extrema e propriedades mecânicas para um bom comportamento do material a longo prazo. Amparado por excelentes propriedades, o titânio e suas ligas têm sido amplamente utilizados por várias décadas como materiais para implantes e dispositivos médicos em todo mundo. A liga Ti-6A1-4V ainda é a principal liga de titânio usada como biomaterial no Brasil, mas devido à preocupação sobre a toxidade do alumínio e do vanádio a longo prazo, têm sido desenvolvida novas ligas sem a presença destes elementos. Dentre as ligas binárias estudadas, a liga Ti-Zr apresenta propriedades vantajosas como boa resistência a tração, baixa densidade, boa biocompatibilidade. Neste trabalho amostras de Ti-5%p.Zr e Ti-10%p.Zr são submetidas a tratamentos térmicos de homogeneização e duas dopagens com oxigênio para verificar a influencia do processamento nas propriedades das ligas. As amostras foram caracterizadas através de medidas de densidades, microdureza, difração de raios X com análise de Rietveld, Análise Química, Análise de gases e ensaios de citotoxicidade. Ensaios no pêndulo de torção revelam o espectro anelástico das amostras e a resposta elástica do mesmo em função da temperatura. Através dos resultados pode-se obter uma relação entre a concentração de oxigênio e as propriedades mecânicas, estruturais e biocompatibilidade das ligas estudadas / Nowadays, there is a need to find reliable material for use as biomaterials, especially in relation to their mechanical properties. With this comes the search for alloys with excellent biocompatibility, extreme chemical passivity and mechanical properties in an effort to create a satisfactory long-term material. With the support of excellent properties, titanium and its alloys have benn widely used for several decades as materials for orthopedic and dental implants and medical devices worldwide. The Ti-6A1-4V alloy is still the main titanium alloy used as a biomaterials in Brazil, but due to concerns about the long-term toxicity of aluminum and vanadium, new alloys have benn developed without the presence of these elements. Among the binary alloys studied, Ti-ZR has advantageus properties such as good tensile strength, low density, good biocompatibility. In this work samples of Ti-5%p.Zr and Ti-10%p.Zr are subjected to heat treatment and homogenization of two doping with oxygen to check the influence of processing on the properties of alloys. The samples were characterized by density measurments, microhardness, X-ray diffraction with Rietveld analysis, Chemical Analysis, Analysis of gases and in vitro cytotoxicity tests. Torsion pendulum tests show the anelastic spectrum of samples and the same elastic response as a function of temperature. through the results we can obtain a relationship between oxygen concentration and mechanical properties, structural and biocompatibility of the alloys studied

Orientador: Rubens Caram Junior / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-26T12:33:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Salvador_CamiloAugustoFernandes_M.pdf: 6043299 bytes, checksum: d34b83077b59f31d9349e1c6f8532b3a (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: Ligas biomédicas do sistema Ti-Nb-Sn são bastante promissoras em função de sua excelente biocompatibilidade, baixo módulo de elasticidade e resistência à corrosão. Estas propriedades são severamente influenciadas pela precipitação das fases ? e ? durante tratamentos térmicos de envelhecimento. Estudos prévios evidenciaram uma grande divergência entre a evolução microestrutural de amostras submetidas ao envelhecimento clássico (amostras solubilizadas, resfriadas em água e envelhecidas, RC) e de amostras submetidas à isoterma direta (ID). O objetivo deste trabalho é avaliar a evolução microestrutural de três diferentes composições - Ti-30Nb, Ti-30Nb-2Sn e Ti-30Nb-4Sn (% peso) durante os tratamentos isotérmicos RC e ID. As ligas foram fundidas em forno a arco, homogeneizadas (1000°C, 12 horas), resfriadas em água e laminadas a frio até a espessura de 2.5 mm, resultando em uma redução de espessura de 78%. Foram então obtidas amostras de 10 x 10 x 2.5 mm através de corte a frio. Um tratamento de recristalização foi empregado (800°C, 30 min), seguido dos tratamentos isotérmicos RC ou ID, a 400°C, por tempos entre 10 min e 48 h. Todas as amostras foram resfriadas em água após o envelhecimento. Em seguida, as amostras foram polidas e analisadas por MEV-FEG e DRX utilizando um porta-amostras giratório. Adicionalmente, medidas de microdureza e de módulo de foram executadas. Discos de 3 mm foram preparados para serem analisados por MET. Foram empregadas as técnicas de SAD, campo claro/campo escuro e CBED. Verificou-se que a adição de 4% de Sn suprime a formação de ? isotérmico a 400°C, dando origem a uma microestrutura de baixo módulo e baixa dureza. A adição de Sn permite a formação da fase ?" no resfriamento rápido executado após 48 h de isoterma direta. Para todas as composições, independentemente do tratamento térmico, a precipitação de ? ocorreu majoritariamente nos contornos de grão. Precipitados intragranulares em formato triangular também foram observados nas ligas com 2Sn e 4Sn / Abstract: Ti-Nb-Sn biomedical alloys have been recently developed as promising biomaterials due to their excellent biocompatibility, low elastic modulus and corrosion resistance. These desirable properties are highly influenced by the precipitation of ? and ? phases during aging heat treatments. Previous studies reported a great divergence between the microstructure evolution on specimens submitted to QA (quench and aged) and DH (direct holding from beta field, step-quenched, Route 2) aging heat treatments. The aim of this project was to evaluate the microstructure evolution of three different alloys - Ti-30Nb, Ti-30Nb-2Sn and Ti-30Nb-4Sn (wt %) during QA and DH isothermal aging heat treatments. The alloys were arc melted, homogenized (1000°C, 12 hours), water quenched and then cold rolled to 2.5 mm thickness, resulting in a total reduction rate of 78%. The ingot was cut in samples of 10 x 10 x 2.5 mm. A recrystallization heat treatment (800°C for 30 min) was employed, followed by the isothermal heat treatments (QA or DH) - from 10 minutes to 48 hours - and water quenching. The samples were finally polished and analysed by FEG-SEM and also X-ray diffraction (XRD) using a spinner device. Furthermore, microhardness and elastic modulus measurements were performed. Conventional TEM sample preparation was used in order to obtain 3 mm disks suitable for BF/DF/SAD and CBED analysis. It was verified the addition of 4% Sn supresses the ? formation during DH aging heat treatments at 400°C, resulting in a low hardness and low elastic modulus microstructure. This Sn addition also allows ?" to be formed on water quenching even after 48 h of aging. For all compositions, despite of the aging heat treatment, the majority of ? precipitation was given on grain boundaries. Intragranular, triangular-shape ? precipitates were also observed in Ti-30Nb-2Sn and Ti-30Nb-4Sn alloys / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Mestre em Engenharia Mecânica

This study deals with phase transformations in metastable β titanium alloys, focusing on the investigation of evolution of nanoparticles of thermodynamically metastable ω phase. For the purpose of this research, single crystals of two metastable β titanium alloys - LCB (Ti-6.8Mo-4.5Fe-1.5Al) and Ti-15Mo (in wt. %) - were grown in an optical floating zone furnace. It was established by differential scanning calorimetry that the phase transformations occurring in the material did not change significantly as a result of the single crystal growth process. Using single crystal X-ray diffraction, the shape and the size of ω particles were determined in a series of aged samples. The lattice parameters of ω particles and the β matrix, as well as the misfit between the two structures were calculated. The β phase was found to be locally deformed in compression around ω particles. Small-angle X-ray scattering (SAXS) experiments revealed a spatial ordering of ω particles in the β matrix in a disordered cubic array with the basis vectors along 100 β directions. The SAXS data also allowed the evaluation of the mean ω particle sizes and distances and confirmed that the ω particle growth obeys the t1/3 law following from the Lifshitz-Slyozov-Wagner theory. In situ SAXS performed during isothermal ageing at selected...

In this work phase transformations in metastable β (primarily Ti-15Mo) alloys were studied utilizing electrical resistance, dilatometry, transmission electron microscopy and X-ray and neutron diffraction. The materials Ti-15Mo, Ti-6.8Mo-4.5Fe-1.5Al (LCB), Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr (Ti-5553), Ti-29Nb-1Fe-0.5Si (TNFS), Ti-15Mo-3Nb-3Al-0.2Si (Timetal 21S) and Ti-13Cr-1Fe-3Al (TCFA) (in wt. %) - were subjected to a solution treatment at a temperature above β transus and quenched into water. In this condition, the microstructure of the investigated materials consists of β matrix and ω particles. Samples quenched from important temperatures determined from in-situ electrical resistance and dilatometry measurements were studied by post-mortem TEM. In-situ X-ray and neutron diffraction provided direct observations of microstructure of Ti-15Mo alloy during linear heating and confirmed statements based on results of indirect methods, such as: the decrease of volume fraction of ω phase during heating at low temperatures (up to 250 ◦ C), complete dissolution of ω phase at 560 ◦ C and precipitation of α phase without ω particles serving as its direct precursors. X-ray diffraction experiment allowed to determine relative evolution of the size of ω particles while phase fraction evolution was derived from neutron diffraction. The...

Title: Optimization of properties of Ti based alloys for biomedical and structural applications Author: Josef Stráský Department / Institute: Department of Physics of Materials Supervisor of the doctoral thesis: Assoc. Prof. Miloš Janeček, Ph.D. Abstract: Titanium alloys belong to the mostly used biomaterials for orthopaedic implants. Advanced surface treatments of Ti alloys for orthopaedic use and newly developed biomedical beta-Ti alloys are investigated in this thesis. Wide spectrum of experimental techniques was employed in order to correlate material processing, microstructure and mechanical properties. Electric discharge machining was used as a biocompatibility enhancing surface treatment of Ti-6Al-4V alloy, but the treated material suffered from the poor fatigue performance. Two subsequent surface treatments - chemical etching and shot- peening - were proposed and it was shown that their combination significantly improves the fatigue performance of the material making it applicable in orthopaedics. This process was patented in the Czech Republic. The thesis further reviews complex problematic of biocompatible beta-Ti alloys. Several new biocompatible beta-Ti alloys were designed on the basis of Ti-Nb-Zr-Ta quaternary alloy. The effect of Fe, Si and O additions on microstructure, elastic modulus and...

Submitted by Maria Medeiros (maria.dilva1@ufcg.edu.br) on 2018-07-16T13:34:47Z No. of bitstreams: 1 ECLYS DE OLIVEIRA SOARES MONTENEGRO - DISSERTAÇÃO (PPGEM) 2016.pdf: 5996362 bytes, checksum: 84827496654dcae4004aea6958439570 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-07-16T13:34:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ECLYS DE OLIVEIRA SOARES MONTENEGRO - DISSERTAÇÃO (PPGEM) 2016.pdf: 5996362 bytes, checksum: 84827496654dcae4004aea6958439570 (MD5) Previous issue date: 2016-09-01 / Estudos recentes têm mostrado que as telas de titânio estão sendo utilizadas para auxiliar na recuperação de fraturas ósseas em diversas partes do corpo humano, como face, mandíbula, crânio e joelho. Esses componentes apresentam como vantagens uma elevada resistência mecânica somada a uma baixa espessura, necessária para a ancoragem de partes fraturadas e importante para prevenir a irritação no processo pós-operatório, buscando ainda reduzir a taxa de re-operação. Assim, vislumbrando uma melhor eficiência futura dessa aplicação, surge o interesse em analisar o comportamento termomecânico desse tipo de implante, porém fabricado a partir das ligas com memória de forma (LMF), que são materiais que apresentam propriedades funcionais como o efeito memória de forma (EMF) e a superelasticidade (SE). Estas peculiaridades, aliadas a biocompatibilidade das LMF Ni-Ti tem levado à sua utilização no desenvolvimento de dispositivos médicos implantáveis. Nesse contexto, aplicar telas de LMF Ni-Ti, com boa resistência mecânica e deformações reversíveis, para potencializar aplicações biomédicas em substituição a telas de titânio, é um desafio tecnológico atual. Sendo assim, o presente trabalho teve por objetivo realizar a caracterização termomecânica de telas de LMF Ni-Ti e Ni-Ti-Cu produzidas por fundição de precisão com três geometrias celulares distintas (circular, hexagonal e quadrada) e em três estados (brutas de fundição, tratadas termicamente e laminadas). Os resultados obtidos mostraram que as telas produzidas apresentaram a transformação de fase característica dos fenômenos de EMF e SE, além de deformações reversíveis em tração da ordem de até 5%. O tipo de geometria celular foi o fator de maior influência nos valores de resistência mecânica e os melhores resultados foram verificados nas telas de geometria circular. Nos ensaios termomecânicos de flexão, além do tipo de célula, os resultados foram bastante influenciados pela espessura das telas e tratamentos térmicos utilizados. Dessa forma, as telas produzidas apresentam características funcionais adequadas para potencializar aplicações biomédicas a partir de LMF Ni-Ti em substituição as telas de titânio puro, que não se beneficiam de propriedades funcionais de EMF e SE. / Recent studies have shown that titanium meshes are being used to assist in the recovery of bone fractures in various parts of the human body such as the face, jaw, skull and knee. These components have advantages as a high strength coupled with a low thickness required for anchoring of fractured parts important to prevent irritation postoperatively process still looking to reduce the rate of re-operation. Thus, by anticipating a future better efficiency of this application, arises interest in analyzing the thermomechanical behavior of this type of implant, but manufactured from alloys with shape memory (SMA), which are materials that exhibit functional properties such as shape memory effect (SME) and superelastic (SE). These peculiarities, coupled with biocompatibility of LMF NiTi has led to their use in the development of implantable medical devices. In this context, apply SMA meshes, with good mechanical strength and reversible deformation to enhance biomedical applications replacing titanium screens, it is a current technological challenge. Therefore, this study aimed to carry out the thermomechanical characterization of Ni-Ti and Ni-Ti-Cu SMA meshes produced by precision casting with three different cell geometries (circular, hexagonal and square) and three states (as foundry, thermally treated and laminated). The results showed that the screens produced showed the phase transformation phenomena characteristic of EMF and SE, and reversible deformation in order draw up to 5%. The type of cell geometry was the most influential factor in the strength values and the best results were obtained in the circular geometry screens. In the thermomechanical bending tests, and the type of cell, results were greatly influenced by the thickness of the screens and thermal treatments. Thus, the meshes produced had enough features to enhance biomedical applications from SMA to replace the titanium meshes, which do not benefit from functional properties.