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Analise de parametros de influencia na microestrutura e propriedades de ligas Ti-M0-Zr aplicadas em proteses ortopedicas / Analysis of influence parameters on microstructure and properties of Ti-M0-Zr alloys applied in orthopedic implants

Cardoso, Flavia Farias 31 July 2007 (has links)
Orientadores: Rubens Caram Junior, Peterson Luis Ferrandini / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-11T09:53:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Cardoso_FlaviaFarias_M.pdf: 5351739 bytes, checksum: a5e09817ce0f3948835333eeef72cc9d (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: O presente trabalho analisa parâmetros de influência na microestrutura e propriedades de ligas de titânio tipo ß contendo Mo e Zr aplicadas na confecção de próteses ortopédicas. As ligas de titânio tipo ß apresentam baixo módulo de elasticidade, o que é benéfico para os tecidos ósseos próximos ao implante e também, podem ser concebidas a partir de metais biocompatíveis. O presente trabalho envolveu a avaliação de ligas do sistema Ti-Mo-Zr em relação à estabilidade de fases visando a fabricação de implantes ortopédicos. Dentro desse contexto, em uma etapa inicial, avaliou-se o efeito da composição e da taxa de resfriamento a partir do campo ß na estabilidade de fases e formação da microestrutura, na dureza Vickers e no módulo de elasticidade de ligas Ti-Mo. Em seguida, avaliou-se o efeito de tratamentos térmicos de envelhecimento na microestrutura das ligas Ti-Mo e finalmente, o efeito da adição de Zr na supressão da precipitação da fase ? em ligas Ti-Mo. O trabalho foi implementado a partir da preparação de ligas em forno a arco sob atmosfera controlada, deformação plástica das amostras através de forjamento rotativo e laminação, tratamentos térmicos sob diferentes condições e caracterização utilizando-se microscopia óptica e eletrônica de varredura, difração de raios- X, ensaios de dureza Vickers e análise térmica diferencial. Os resultados obtidos permitiram identificar condições de formação de fases estáveis e metaestáveis, incluindo as fases martensíticas e fase ?. Observou-se que a liga Ti-15Mo resfriada em água apresentou o menor valor de módulo de elasticidade dentre as composições analisadas, 77 GPa, que a fase ? pode ser eliminada após tratamentos térmicos de envelhecimento e que a adição de 8% de Zr a liga Ti-10Mo inibiu a formação da fase ? atérmica sob resfriamento em água, sem que isso modificasse de maneira significativa seu comportamento elástico / Abstract: This work presents an analysis of microstructure and mechanical properties of ß titanium alloys with additions of Mo and Zr, aiming the fabrication of orthopedic implants. The ß titanium alloys can be composed only by biocompatible elements and also present low Young's modulus, which is interesting for the health of the bone surrounding the implant. On the purpose of studying phase stability of Ti-Mo-Zr alloys, the effect of cooling rate when cooling from the ß field and the effect of composition on the microstructure, Vickers hardness and Young¿s modulus of Ti-Mo alloys were initially studied. Afterwards the effect of aging on the microstructure and the effect of Zr additions on the precipitation of ? phase in Ti-Mo alloys were also evaluated. The alloys were arc melted under an argon atmosphere, the ingots were hot swaged and hot rolled and the samples were conveniently heat treated. Characterization involved optical microscopy, scanning electron microscopy, X-ray diffraction, Vickers hardness and differential thermal analysis. The results allow one to identify the conditions of formation of stable and metastable phases, these latter ? and martensites. It was observed that the alloy Ti-15Mo, when water cooled presents 77 GPa, the lowest value of Young¿s modulus, the ? phase may be eliminated by means of aging and that the addition of 8% Zr to the alloy Ti-10Mo completely suppresses formation of the athermal ? phase without affecting significantly its elastic behaviour / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Mestre em Engenharia Mecânica
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Estudo dos micromecanismos de deformação e fratura da liga de Titânio Ti-6AI-4V utilizando-se técnicas de microscopia eletrônica e difração de Raios- X / Study of deformation and fracture micromechanisms of titanium alloy Ti-6Al-4V using electron microscopy and X-ray difraction techniques

Aparecido Edilson Morcelli 18 December 2009 (has links)
A realização do presente trabalho permitiu o estudo dos micromecanismos de deformação e fratura da liga de titânio Ti-6Al-4V, utilizada comercialmente para a fabricação de biomateriais metálicos. As técnicas empregadas para a análise do material em estudo foram: microscopia eletrônica de varredura (MEV), microscopia eletrônica de transmissão (MET) e a difração de raios X (DRX). Estudar a influência e comportamento das diversas fases existentes em ligas de titânio é importante para se avaliar o comportamento de trincas nas ligas de titânio com alta resistência mecânica, que possuem microestrutura fina, relacionando a presença das fases alfa (α), beta (β) e alfa+beta (α+β) com a resistência do material. A avaliação in situ dos micromecanismos de deformação e fratura foi realizada por MET e também foi feito o estudo das transformações de fase durante o resfriamento em ligas de titânio, por MET, utilizando-se as técnicas de campo claro, campo escuro e difração de elétrons (DEAS), em área selecionada. Após tratamento térmico foram observadas as diferenças entre a quantidade das fases α e β, em relação à microestrutura original do material para diferentes condições utilizadas no tratamento térmico aplicado à liga metálica. Observou-se a presença da microestrutura lamelar, formada durante o resfriamento no campo β, promovendo a transformação de parte da estrutura alfa secundária em beta, que se encontrava retida entre as lamelas de alfa. / This present work allowed the study of deformation and fracture micromechanisms of titanium alloy Ti-6Al-4V, used commercially for the manufacture of metallic biomaterials. The techniques employed for the analysis of the material under study were: scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM) and X-ray diffraction (XRD). The study of the influence and behavior of the phases present in titanium alloys is important to evaluate the behavior of cracks in titanium alloys with high mechanical strength, which have fine alpha (α), beta (β) and alpha+beta (α+β) microstructure, linking the presence of the phases with the strength of the material. The evaluation in situ of deformation and fracture micromechanisms were performed by TEM and was also a study of phase transformations during cooling in titanium alloys, using the techniques of bright field, dark field and diffraction of electrons in the selected area. After heat treatment differences were observed between the amount of in relation to the original microstructure of the β and α phases material for different conditions used in heat treatment applied to the alloy. The presence of lamellar microstructure formed during cooling in the β field was observed, promoting the conversion of part of the secondary alpha structure in β phase, which was trapped between the lamellar of alpha.
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Efeito do Sn nas transformações de fases do sistema Ti-Mo para aplicação biomédica / Effect of Sn addition on phase transformations of Ti-Mo alloys for biomedical application

Mello, Mariana Gerardi, 1990- 25 August 2018 (has links)
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
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Efeito de elementos betagenicos na estabilidade de fases e propriedades de ligas de titanio para implantes ortopedicos

Mello, Gisela Martinelli Rocha 03 August 2018 (has links)
Orientador : Rubens Caram Junior / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-03T22:09:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Mello_GiselaMartinelliRocha_D.pdf: 3062014 bytes, checksum: c43a5407ea775274589177805f4e9de2 (MD5) Previous issue date: 2004 / Doutorado
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Caracterização de revestimentos de hidroxiapatia depositados por aspersão termica a plasma sobre a liga Ti-13Nb-13Zr para aplicação em implantes dentarios

Lima, Petronio Medeiros 22 November 2004 (has links)
Orientador : Cecilia Amelia de Carvalho Zavaglia / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-04T02:52:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Lima_PetronioMedeiros_D.pdf: 6348939 bytes, checksum: 54056cc426bd5ba4ea2e3b938bed037d (MD5) Previous issue date: 2004 / Resumo: A liga Ti-13Nb-13Zr tem sido proposta como um novo biomaterial metálico por apresentar em sua fonnulação alguns dos elementos metálicos de maior biocompatibilidade (Ti, Nb, Zr e Ta), além de apresentar excelente resistência à corrosão e baixo módulo de elasticidade (E). A liga Ti-13Nb-13Zr, foi obtida por metalurgia do pó. Substratos desta liga foram a seguir revestidos com hidroxiapatita (HA) por aspersão ténnica a plasma visando viabilizar a sua utilização como implantes dentários. Foram utilizadas técnicas de caracterização desses substratos revestidos para avaliação dos efeitos da HA sobre a cristalinidade e propriedades fisicas, mecânicas, eletroquímicas e biológicas dos revestimentos. Foram obtidos revestimentos de boa qualidade com baixa porosidade, baixo nível de partículas não fundidas, sem trincas e com boa adesão. O ensaio de resistência ao risco mostrou-se ser um ensaio reprodutível. A liga Ti13Nb-13Zr revestida com HA é ligeiramente mais resistente à corrosão que a liga não revestida. A liga revestida com HA e não revestida não apresentaram efeitos citotóxico frente à cultura de células osteoblástcas testada. A liga revestida com HA apresentou melhor adesão em cultura de células osteoblásticas a longo tempo de estudo in vitro em comparação com a liga Ti-13Nb-13Zr não revestida / Abstract: The Ti-13Nb-13Zr alloy has been proposed as a new metallic biomaterials wich stands out for introducing in its fonnulation three of the four metallic elements of larger biocompatibility (Ti, Nb, Zr, Ta), besides introducing, low elasticity modulus and excellent corrosion resistance. The Ti-13Nb-13Zr alloy was obtained from powder metallurgy. Substrates of this alloy were coated with hydroxyapatite (HA) deposited by thermal plasma aspersion aiming to make possible its utilization in dental implants. There were used techniques of characterization for these coated substrates to evaluate effects of hydroxyapatite on the crystalinity and physical, mechanical, electrochemical and biological properties of the coatings. There were obtained good quality coatings with low porosity, low leveI of not fused particles, without crack and with good adhesion. The resistance scratch test showed to be a reproducible test. The alloy coated HA is lightly more resistant to the corrosion that the uncoated alloy. The alloy coated HA and uncoated did not show any type of cytotoxicity for culture osteoblastic cells. The HA coated a lloy did present better adhesion results for culture osteoblastic cells the long time of study in vitro in comparison to the Ti-13Nb-13Zr alloy uncoated one / Doutorado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutor em Engenharia Mecânica
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Refusão superficial por laser de ligas de Ti-Nb sinterizadas / Laser surface remelting of sintered Ti-Nb alloys

Rodriguez Perez, Jessica Marlena, 1986- 07 August 2015 (has links)
Orientador: João Batista Fogagnolo / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-27T20:13:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 RodriguezPerez_JessicaMarlena_M.pdf: 4283527 bytes, checksum: 428a287377aaab009ef368ca3005561b (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: O interesse em ligas do sistema titânio-nióbio para aplicações ortopédicas se deve à excelente resistência mecânica e biocompatibilidade, sendo que o módulo de elasticidade pode ser controlado pelo teor de nióbio. Existem diversos processos que podem tornar estas ligas adequadas para uso como biomaterial e que resultam em diferentes fases com diferentes propriedades. O presente trabalho teve como objetivo modificar peças sinterizadas de ligas do sistema titânio-nióbio por refusão superficial por laser. Foram utilizadas ligas com diferentes composições químicas, variando-se o teor de nióbio de 5 a 45% em peso. Foram analisados os efeitos da variação dos parâmetros de processamento, potência e velocidade de deslocamento do feixe laser, sobre a morfologia de cordões isolados. Foram obtidas camadas contínuas de refusão por sobreposição de cordões de isolados. As amostras sinterizadas com teores de nióbio entre 5 e 20% apresentaram as fases ? e ?. A amostra com teor de nióbio de 25% e maiores apresentam regiões com fase ? completamente estabilizada e regiões com as fases ? e ? devido à heterogeneidade química na distribuição de nióbio. A amostra com teor de nióbio de 45% apresenta apenas a fase ?, porém também se observa nessa amostra a heterogeneidade na distribuição de nióbio. Constatou-se que a potência do feixe de laser é o parâmetro de maior influência na morfologia e dimensões da zona fundida dos cordões isolados. Dependendo do teor de nióbio, diferentes fases são formadas nas camadas continuas de refusão. Para teor de nióbio de 5%, obtém-se a fase martensítica ?', de estrutura hexagonal. Para teor de nióbio de 15%, obtém-se majoritariamente a fase ?' com presença da fase martensítica ortorrômbica ?''. Para teor de nióbio de 25%, obtém-se a fase ?'', com pequena fração de fase ?. Para teor de nióbio de 35 e 45%, obtém-se a fase ? em toda a zona fundida e a fase ?'' na zona termicamente afetada. Tanto os cordões isolados como as camadas refundidas das amostras com teores de 15, 25, 35 e 45% em peso de nióbio apresentaram heterogeneidade química devido à microssegregação de soluto durante a solidificação. Os valores de módulo de elasticidade medidos por nanoindentação foram decrescentes para aumentos da quantidade de nióbio, tanto nas zonas modificadas pelo laser quanto no substrato sinterizado. Os valores de nanodureza mantiveram-se constantes, dentro da variação estatística dos resultados / Abstract: The interest in alloys of the titanium-niobium system for orthopedic applications is due to their excellent mechanical resistance and biocompability, as the elastic modulus may be controlled by niobium content. There are several processes that can make those alloys adequate to be used as biomaterials and that result in different metallic phases with different properties. The objective of this study was to modify, by laser surface remelting, sintered parts of alloys from the titanium-niobium system. Alloys with different chemical compositions were used; the niobium content varied from 5 to 45wt%. The effects of the variation of processing parameters (laser beam power and scan speed) on the morphology of the isolated tracks were analyzed. Continuous remelting layers were obtained by overlapping isolated tracks. The sintered samples with niobium content between 5 and 20% exhibited both ? and ? phases. The sample with a niobium content of 25% or more had regions of completely stabilized ? phase and regions of ? and ? phases due to the chemical heterogeneity in the niobium distribution. The sample with a 45% niobium content showed only the ? phase, but heterogeneity in the niobium distribution is also seen. It was found that the laser beam power is the parameter that most influences the morphology and dimensions of the molten area of isolated tracks. Depending on the niobium content, different phases are formed in the continuous remelting layers. For a niobium content of 5%, the martensitic ?' phase of hexagonal structure is obtained. For a niobium content of 15%, the ?' phase is mostly obtained, with the presence of orthorhombic, martensitic ?'' phase. For a niobium content of 25%, the ?'' phase, with a small fraction of ? phase, is obtained. For niobium contents of 35 and 45%, ? phase throughout the molten area and ?'' phase in the heat affected zone are obtained. Both the isolated tracks and the continuous remelting layers on the samples with niobium weight contents of 15,25,35 and 45wt% presented chemical heterogeneity due to solute microsegregation during solidification. The values of elastic modulus measured by nanoindentation decreased as the niobium content increased, both in the laser modified zones and in the sintered substrates. The values of nanohardness remained constant within the results' statistical variation / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Mestra em Engenharia Mecânica
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Caracterização microestrutural e mecanica de ligas Ti-Cu para aplicações odontologicas / Microstructure and mechanical characterization of Ti-Cu alloys for dental applications

Andrade, Protasio Nery 28 July 2006 (has links)
Orientadores: Rubens Caram Junior, Adelino Aguiar Coelho / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-08T17:54:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Andrade_ProtasioNery_M.pdf: 9178937 bytes, checksum: f63ed0f47d8aa70b2d3a755e537fbe8f (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: Em função de características como alta razão resistência/peso, ótima biocompatibilidade, elevada resistência à corrosão e módulo de elasticidade que pode ser controlado pela adição de elementos de liga, o uso de ligas de titânio pela indústria médica e odontológica está em franco crescimento. No presente estudo, ligas do sistema Ti-Cu com teores entre 5 e 15 % em peso de cobre foram fundidas através do processo de fundição por centrifugação em moldes de cobre. A alta taxa de resfriamento imposta pelo molde empregado levou à formação de microestruturas totalmente martensítica. Em seguida, tais microestruturas foram modificadas através tratamentos térmicos, levando a estruturas mais estáveis. A caracterização das amostras obtidas envolveu análise microestrutural através de microscopia óptica e eletrônica de varredura, difração de raios-X, ensaios mecânicos. Os resultados obtidos indicam que as altas taxas de resfriamento envolvidas promoveram a formação da estrutura metaestável _'. O aumento da concentração de cobre levou ao aumento na dureza promovida pela formação do intermetálico Ti2Cu. O Ti2Cu apresentou módulo de elasticidade menor do que a fase _. A fratura dos corpos de prova teve caráter dúctil e é intensamente afetada pela presença de porosidade / Abstract: Due to characteristics like high strength-to-weight ratio, high biocompatibility, enhanced corrosion resistance and the possibility of controlling elastic behavior by proper addition of alloying elements, the use of titanium by medical and dental industries is continuously growing. In this work, Ti-Cu alloys with a Cu content varying from 5% to 15 wt% were prepared by arc melting and cast in copper molds. The high cooling rate imposed by copper mold led to the formation of a completely martensitic structure. Following, the microstructure of these samples were modified by applying proper heat treatments, leading to more stable microstructures. The samples characterization includes microstructure analyzes through optical and scanning electron microscopy, X-ray diffraction method and mechanical tests. The results obtained suggest that application of high cooling rates resulted in the formation of a'metastable phase. As Cu content was increased, hardness also increased due to Ti2Cu intermetallic compound precipitation. The Ti2Cu compound was found to present lower elastic modulus than the modulus of a phase. Finally, it was found that the heat treated samples presented high ductility and their mechanical behavior is affected by porosities / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Mestre em Engenharia Mecânica
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Ligações por difusão no estado sólido de ligas de titânio com multicamadas Ti/Ni

Cunha, Luís Carlos Gomes da January 2012 (has links)
Tese de mestrado. Mestrado Integrado em Engenharia Metalúrgica e de Materiais. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2012
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Transformações de fases e relação entre microestrutura e propriedades mecânicas de ligas Ti-Nb-Fe para aplicações biomédicas : concepção de implantes ortopédicos com rigidez gradual / Phase transformation and relationship between microstructure and mechanical properties of Ti-Nb-Fe for biomedical applications : design of orthopedic implants with graded stiffness

Lopes, Éder Sócrates Najar, 1982- 23 August 2018 (has links)
Orientador: Rubens Caram Junior / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-23T09:33:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Lopes_EderSocratesNajar_D.pdf: 9279894 bytes, checksum: a2ed77cd79f48134e7daf5bc705afb0e (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Ligas de Ti do tipo ? metaestável exibem comportamento singular no tocante à possibilidade de manipulação de seu comportamento mecânico. Nessas ligas, a rigidez pode ser alterada por meio do controle das fases presentes, o que permite que esses materiais sejam incluídos no seleto grupo dos materiais com gradientes funcionais (functionally graded materials - FGM). Neste trabalho, objetivou-se projetar, produzir, processar, caracterizar e aplicar ligas Ti-Nb com adições do elemento ? estabilizador de baixo custo Fe. As ligas foram produzidas por fusão a arco voltaico e submetidas a diversas condições de tratamento térmico, incluindo solubilização acima da temperatura ?-transus, resfriamento rápido até a temperatura ambiente e tratamentos térmicos de envelhecimento entre 260 °C e 400 °C. A caracterização envolveu calorimetria diferencial de varredura, difração de raios-X e dureza Vickers em alta temperatura, análises metalográficas e de módulo de elasticidade por técnicas acústicas, ensaios de tração e mapeamento de rigidez por meio de nanoindentação. Os resultados obtidos mostram a retenção completa da fase ? para a liga Ti-30Nb-3Fe solubilizada e resfriada rapidamente e permitem também, compreender a decomposição da fase martensita ?" e a nucleação das fases ? e ?. A adição do elemento Fe tornou a cinética de transformação de fases bem mais lenta, propiciando, sob algumas condições, a supressão da fase ?, que é conhecida por aumentar a dureza em detrimento da ductilidade. Tais resultados foram utilizados no estabelecimento de condições ideais de processamento que permitem obter componentes ortopédicos com rigidez gradual. Finalmente, o conhecimento adquiro foi usado na fabricação de placas e parafusos de osteossíntese a partir da liga Ti-30Nb-3Fe com gradientes de funcionalidade / Abstract: Metastable ? Ti alloys exhibit singular behavior regarding the possibility of manipulating their mechanical behavior. In these alloys, the stiffness can be changed by controlling phases, which allows these materials to be included in the select group of functionally graded materials (FGM). This study aimed to design, produce, process, characterize and apply Ti-Nb alloys with addition of Fe, an inexpensive ? stabilizing element. These alloys were produced by arc melting and subjected to different heat treatment conditions, including solution above the ?- transus temperature, quenching to room temperature and aging heat treatments between 260 °C and 400 °C. Characterization involved differential scanning calorimetry, X-ray diffraction and Vickers hardness at high temperature, metallographic analyzes, elastic modulus by acoustic techniques, tensile test and stiffness mapping via nanoindentation. The results obtained show complete retention of the ? phase in the Ti-30Nb-3Fe alloy after solution in the ? field and rapid cooling to room temperature and also allow understanding martensite ?" decomposition and nucleation of the ? and ? phases. It was found that Fe additions make the phase transformation kinetics much slower, providing, for some conditions, suppression of the ? phase precipitation, which is known to increase the hardness at the expense of ductility. These results were used to establish optimal processing conditions, resulting in orthopedic component with graded stiffness. Finally, the knowledge acquired was used in the manufacturing of osteosynthesis plates and screws with functionality graded from the Ti-30Nb-3Fe / Doutorado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutor em Engenharia Mecânica
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Estudo do comportamento mecânico das ligas Ti-8Nb-13Zr e Ti-18Nb-13Zr sob diferentes condições de tratamentos térmicos.

Helena Marques da Silva 29 July 2005 (has links)
Os biomateriais devem apresentar requisitos essenciais, tais como biocompatibilidade, biofuncionalidade, bioadesão, propriedades mecânicas compatíveis àquelas do osso, processabilidade, resistência à corrosão e capacidade para interagir com o osso e com outros tecidos. As ligas de titânio têm se destacado para a produção de implantes, devido ao seu baixo módulo elástico, à sua superior biocompatibilidade e resistência à corrosão quando comparadas com outros materiais metálicos convencionais. Dentre as ligas de titânio a Ti-6Al-4V (a+b) é a mais utilizada, no entanto novas composições estão em desenvolvimento, com destaque para as ligas do tipo b por apresentarem baixo módulo elástico. O presente trabalho descreve os comportamentos mecânico e microestrutural de duas ligas de Ti do tipo b, Ti-8Nb-13Zr e Ti-18Nb-13Zr, sob diferentes condições de tratamentos térmicos. As ligas foram obtidas por um processo de fusão em forno a arco com eletrodo não consumível em atmosfera de argônio. As ligas foram submetidas a um tratamento térmico de solubilização a 1000C/1h e resfriadas em água, para posterior forjamento rotativo a frio até o diâmetro final de 6,0 mm (redução em área de 89% ). As barras obtidas sofreram tratamento de recozimento a 900C/30min seguido de duas diferentes condições de resfriamento, em água e ao ar. Após tratamento de recozimento seguido de resfriamento em água, as ligas foram submetidas a tratamentos térmicos de envelhecimento. A caracterização microestrutural foi feita empregando-se microscopia óptica, microscopia eletrônica de varredura (MEV) e difração de raios-X. Ambas as ligas na condição recozida a 900C/30min seguida de resfriamento em água apresentaram microestruturas martensíticas a. Enquanto que para a condição de recozimento seguida de resfriamento ao ar as ligas apresentaram microestrutura constituídas das fase a e b. A caracterização mecânica das ligas nas condições forjada, recozida e envelhecida consistiu em ensaios de tração uniaxial a temperatura ambiente e microdureza. Para a liga Ti-8Nb-13Zr os valores obtidos de limite de resistência, módulo de elasticidade e de alongamento encontram-se entre 742 a 875 MPa, 82 a 92 GPa e 8 a 17%, respectivamente. Para a liga Ti-18Nb-13Zr os valores obtidos dessas propriedades estão entre 714 a 860 MPa, 70 a 86 GPa e 7 a 35%. As ligas apresentaram comportamento não linear na região elástica e as curvas tensão versus deformação foram modeladas segundo a equação modificada de Ramberg-Osgood. As superfícies de fratura, para ambas as ligas em todas as condições estudadas, apresentaram características de fraturas dúcteis, caracterizadas pela presença de dimples.

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