Resumo: As ligas Ti-Nb são apropriadas para uso em implantes devido a sua alta resistência e biocompatibilidade. Um dos métodos de obter estas ligas é a metalurgia do pó, pois ele permite obter peças próximas ao seu formato final. Teorias indicam que a razão de densificação varia inversamente como uma função do tamanho da partícula. O aumento de interesse na fabricação de materiais nanoestruturados (partículas menores que 100 nm) é devido à possibilidade de obter um material sinterizado em um tempo menor e em temperaturas mais baixas, com uma melhor densificação do que pós convencionais, pois é mais reativo. Neste trabalho, após hidrogenação e moagem de alta energia por até 60 min, obteve-se pós de hidreto de titânio e hidreto de nióbio, com estrutura ultrafina/nanométrica, que auxilia o processo de difusão numa posterior etapa de sinterização. Meios de moagem de diferentes materiais (aço inoxidável e nitreto de silício - Si3N4) foram usados. Independentemente dos meios de moagem usados, o material obtido apresentou aproximadamente 5% das partículas com valores cumulativos de tamanhos de até 100 nm. Mas, o material obtido do recipiente de Si3N4 após 20 min de moagem apresentou uma maior porcentagem de partículas com diâmetros médios equivalentes entre 40 nm e 1000 nm, correspondente a 29%. / Abstract: The Ti-Nb alloys are suitable for use in implants due to their high tensile strength and biocompatibility. One of the methods to obtain these alloys is the powder metallurgy, because it allowing to get pieces closer to near-net-shape. Theories showing that the densification rate range conversely like a function of the grain size. The great interest in the manufacturing of nanostructured materials - NsM (particles smaller than 100 nm) is due to possibility to obtain a sintered material in a smaller time and in more low temperatures than conventional powders, with the best densification, because it is more reactive. In this work, after hydrogenation and use of higher energy ball milling by until 60 min, were obtained powders of titanium hydride and niobium hydride, with ultra-fine/nanometric structure, what help in the diffusion process during a later stage of sintered. Milling medium of different materials (stainless steel and silicon nitride - Si3N4) were used. Independently of the grinding medium used, the material obtained exhibit approximating 5% of the particles with the cumulative values of size until 100 nm. But, is the possible to verify that the material obtained of the Si3N4 vessel, after milling by 20 min, exhibited a greater percentage of particles with average equivalent diameters between 40 nm and 1000 nm, than correspond to 29%. / Orientador: Tomaz Manabu Hashimoto / Coorientador: Carlos Alberto Alves Cairo / Banca: Antonio Jorge Abdalla / Banca: Alfeu Saraiva Ramos / Mestre

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

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:30:19Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2013-08-23Bitstream added on 2014-06-13T20:40:13Z : No. of bitstreams: 1 araujo_ro_me_bauru_prot.pdf: 4250387 bytes, checksum: 5bb5887f248cdf7e9028406718b61694 (MD5) / A busca dos materiais que possuam determinadas características e atendam certas funcionalidades e aplicações é motivo de pesquisa em Ciência de Materiais. Dentre os materiais metálicos com aplicações na indústria aeroespacial, indústria química e aplicações médicas, o titânio e suas ligas tem se destacado por atender a requisitos necessários para estas aplicações. Um sitema bastante estudado para aplicações como biomaterial é o de ligas binárias Ti-Mo. Neste trabalho foram preparadas ligas de titânio com concentração de molibdênio acima de 20% em peso, com o objetivo de analisar a microestrutura, as propriedades mecânicas e o comportamento do elemento intersticial oxigênio. As ligas Ti-25Mo e Ti-30Mo foram preparadas por meio de um forno a arco voltaico. Posteriormente, as ligas foram submetidas a um tratamento térmico de homogeneização e depois foram laminadas, recozidas, e submetidas a tratamentos térmicos em atmosfera de oxigênio com o intuito de variar a quantidade deste elemento. As ligas foram caracterizadas por análise química, espectroscopia por energia dispersiva (EDS), medidas de densidade, difração de raios X, com análise por Rietveld microscopias ópticas e eletrônica de varredura, microdureza e módulo de elasticidade. Os resultados indicam que as ligas possuem boa homegeneidade química e microestructural, possuindo estrutura cúbica de corpo centrado. As amostras de Ti30Mo possuem durezae maior módulo de elasticidade em relação a Ti-25Mo. A microdureza das ligas não foi afetada pelas variações de oxigênio, e sim pelas condições de processamento. O módulo de elasticidade não sofreu variação significativa com relação ao oxigênio e ao processamento / The search for materials that possess certain characteristics and meet certain features and applications is a cause of research in materials science. Among the metallic materials with applications in the aerospace and chemical industry, and medical applications, titanium and its alloys deserve attention meet the necessary requirements for these applications. A quite studied system for applications such as biomaterial is the binary Ti-Mo. In this work, titanium alloys, were prepared with molybdenum concentration higher than20 wt%, with the purpose of analyzing the microstructure, mechanical properties and the behavior of interstitial oxygen. Ti-25Mo and Ti-30Mo alloys were prepared using ar-furnace in argon atmosphere. Later, the ingots were subjected to homogenization heat treatment and cold-work (rolling), new amnealing, and to heat treatments in oxygen atmosphere in order to vary the amount of this element. The samples were characterized by chemical analysis, energy-dispersive spectroscopy (EDS), density, x-ray diffraction with analysis by Rietveld method, optical and scanning electron microscopies, microhardness and elastic modulus. The results indicate that the alloys have good chemical and microstructural homogeneity, with body-centered cubic structure. Ti-30Mo samples have lower microhardness values and elastic modulus than Ti-25Mo alloy. The microhardness of the alloys was not affected by oxygen content variations, but by processing conditions. The elastic modulus was not affected by other oxygen presence or processing

Orientador: Celia Marina de Alvarenga Freire / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-10T08:26:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Oliveira_HeltonSallesde_M.pdf: 7606437 bytes, checksum: 8fe5af58a074b04f264f73dca0b003c5 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: O titânio puro é utilizado comercialmente como biomaterial, na fabricação de próteses ortopédicas e odontológicas, devido ao seu alto grau de biocompatibilidade e boa resistência à corrosão. O uso do titânio puro apresenta deficiência em propriedades mecânicas onde as solicitações mecânicas são elevadas. Ao se exigir níveis elevados de resistência mecânica, como no implante total de quadril, a aplicação do titânio se dá por meio de ligas metálicas. Dentre estas ligas, as ligas do tipo ß são as mais promissoras devido à alta resistência mecânica, boa resistência à corrosão e excelente biocompatibilidade. As ligas de titânio tipo ß são obtidas pela adição de elementos de liga tais como Nb, Zr e Ta. Através de tratamentos térmicos adequados, tais ligas podem gerar diferentes microestruturas, que apresentam excelentes propriedades mecânicas e boa resistência à corrosão. O objetivo deste trabalho é avaliar a influência do teor de nióbio presente nas ligas Ti-20Nb, Ti-25Nb e Ti-35Nb e avaliar a influência da variação da microestrutura obtida através de diferentes taxas de resfriamento, na resistência à corrosão em meio que simula o fluido corporal. São aplicadas as técnicas de espectroscopia de impedância eletroquímica e polarização eletroquímica, como ferramentas de análise. A partir dos resultados obtidos foi possível selecionar amostras com teores de elementos de liga e taxas de resfriamento que resultaram em um conjunto de propriedades eletroquímicas mais adequadas para a utilização em próteses ortopédicas / Abstract: Pure titanium is used commercially as biomaterial in the manufacture of odontologic and orthopedic prosthesis, due to its high biocompatibility and good corrosion resistance. The use of the pure titanium shows deficiency in mechanical proprieties because the mechanics requests are high. When the mechanic¿s requests are high, like in the hip¿s total implant, the use of titanium is given through metallic alloys. Among these alloys, the ß-alloys is the most promising because of their high mechanics resistance, good corrosion resistance and excellent biocompatibility. The titanium ß-alloys are obtained from addition of alloying elements like Nb, Zr and Ta. Through adequate heat treatments, these alloys can generate different microstructures, which show excellent mechanics proprieties and good corrosion resistance. The objective of this project is observed the influence of the niobium¿s content in the Ti-20Nb, Ti-25Nb and Ti-35Nb alloys and the variation of microstructure through the different cooling rates over corrosion process in the environment that simulates the corporal fluid. The techniques of Electrochemical Impedance Spectroscopy and Electrochemical Polarization are used as analysis tools. From the gotten results it was possible to select samples with element contents of alloys and cooling rates that resulted in a set of electrochemical proprieties more suitable to use in orthopedic prosthesis / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Jorge Otubo / Dissertação (mestrado profissional) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-16T22:36:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Minetto_RobertoTadeu_M.pdf: 5159616 bytes, checksum: a09b62580c76b0c4d2322045c6ba6a3d (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Idealmente, as juntas rigidamente fixadas por parafusos deveriam manter as forças de aperto aplicadas em cada parafuso até o final da vida útil e com um mínimo de variação entre os parafusos de um mesmo conjunto. No entanto, ensaios mecânicos comprovam que a dispersão das forças de aperto, nos processos atuais de fixação do cabeçote de cilindros, é muito grande e que a perda de pré-carga pode chegar a 30%. Ou seja, se aplica 100 kN e ter-se-á efetivamente 70 kN de força resultante após algumas horas de utilização. Esta perda é devido à acomodação (relaxamento) dos picos de usinagem da rosca e da face de assentamento da cabeça do parafuso, das deformações plásticas dos componentes envolvidos, do "endireitamento" parafuso, da velocidade do fuso de aperto, etc. Como o sistema de aperto convencional não usa arruela entre o parafuso e o cabeçote, a proposta deste projeto foi estudar o uso da liga Ti-50,67at%Ni com efeito de memória de forma (superelástico) para a utilização na confecção desta arruela. Uma vez montada no conjunto, a arruela estará sujeita a uma carga de compressão, e, devido ao efeito da memória de forma, o componente tenderá a voltar à forma original minimizando ou mesmo eliminando a perda de carga sofrida pelos parafusos usados na montagem / Abstract: Gaskets rigidly attached by bolts should keep the applied forces to each bolt until the end of its life and presenting a small force variation among the bolts of the same set. However, mechanical tests confirms that the bolt forces dispersion, in the current cylinder head fixation process, is large and the pre load loss reach 30 per cent. It means that if we apply 100 kN, we are going to have 70 kN of resultant bolt forces after few hours of running tests. This loss is caused by machining peaks accommodation in the thread contact and bolt head seating, plastic deformation (thermal and mechanical) of the involved components, bolts beating and others important aspects of bolt torque strategy. As the current system does not use flat washers between the bolt head and cylinder head bosses this project purposes to study the use of Ti-50,67at%Ni alloy, with shape memory effect (superelasticity) , for fabricating this washer. When assembled in the set, the washer will suffer a compressive load and because of the shape memory effect, the component will try to return to the original form, minimizing or even eliminating the pre load loss by bolts used to set / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Mestre em Engenharia Automobilistica

Orientador : Luis Augusto Passeri / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Odontologia de Piracicaba / Made available in DSpace on 2018-07-28T20:39:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Garcia_RobsonRodrigues_D.pdf: 2159374 bytes, checksum: af5ca7b5ab774a85bff43685781421c5 (MD5) Previous issue date: 2001 / Resumo: O propósito deste trabalho foi avaliar a resistência à remoção por tração de parafusos de titânio de 1,5 mm e 2,0 mm de diâmetro, quando inseridos de maneira monocortical e bicortical em fragmentos ósseos, removidos de tíbias de coelhos. Sessenta parafusos de titânio foram testados, divididos em seis grupos. Os grupos M1 e E1 constituíram-se de parafusos de 1,5 mm de diâmetro e inseridos de maneira monocortical. Nos grupos M2 e E2, foram testados parafusos de 2,0 mm de diâmetro inseridos de maneira monocortical. Já nos grupos M3 e E3, foram testados parafusos de 2,0 mm de diâmetro inseridos de maneira bicortical. Os resultados demonstraram que os parafusos inseridos de maneira monocortical não apresentaram diferenças estatisticamente significantes entre si, apesar do diâmetro e do desenho dos parafusos não serem os mesmos. Os parafusos inseridos de maneira bicortical não diferiram entre si apesar de não terem o mesmo desenho, mas apresentaram resistência à remoção por tração estatisticamente maior que parafusos inseridos de maneira monocortical / Abstract: The aim of this study was to evaluate the pullout strength of 1,5 mm and 2,0 mm diameter titanium screws, when they were inserted in bone fragments of rabbits tibias, monocortically and bicortically. Sixty titanium screws were divided into six groups and tested. The groups M1 and E1 had 1.5 mm screws that were monocortically inserted. In the groups M2 and E2 2.0 mm monocortical screws were tested. And in the groups M3 and E3 2.0 mm bicortical screws were tested. Results demonstrated that the groups of monocortical screws did not showed significant differences between them, although they had different designs and diameters. The groups of bicortical screws did not showed significant differences between them too, although they had different designs, but they showed significantly higher strength than the groups of screws that were monocortically inserted. / Doutorado / Cirurgia / Doutor em Clínica Odontológica

Orientador: Rubens Caram Junior / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-31T14:50:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Chaves_RicardoRisso_D.pdf: 9843104 bytes, checksum: 552adaac65b1ef62a75ace004f34b677 (MD5) Previous issue date: 2001 / Resumo: A escolha de materiais metálicos para utilização em implantes totais de quadril é feita com base na resistência mecânica, resistência à fadiga e à corrosão destes materiais, além da biocompatibilidade. As ligas de titânio têm se destacado sobre os aços inoxidáveis e as ligas CoCr, por possuir excelente relação resistência/peso, elevada resistência à corrosão e maior biocompatibilidade. A liga Ti-6AI-4V (% em peso), desenvolvida inicialmente para a indústria aeroespacial, apresenta-se como a liga de titânio mais empregada em implantes cirúrgicos, apesar de estudos realizados terem indicado o elemento vanádio como tóxico ao organismo humano. Por este motivo, novas ligas foram desenvolvidas com a finalidade de substituir o vanádio na função de estabilizador da fase r3. Dentre estas ligas, as do sistema Ti-AI-Nb, desenvolvidas na Europa por volta de 1985, apresentam-se como excelente alternativa, considerando-se a alta estabilidade química e biocompatibilidade do nióbio. Este trabalho teve por objetivo investigar a influência da variação dos teores de alumínio e nióbio na microestrutura e propriedades mecânicas de ligas do sistema Ti-Al-Nb, com composições próximas à liga Ti-6AI-7Nb. Os estudos elaborados abrangeram as técnicas de preparação das ligas através de fomo a arco, determinação das temperaturas de transformação de fase, análise da presença de elementos intersticiais e formação de compostos intermetálicos, determinação de porcentagem relativa de fases, ensaios de tração e de resistência à fadiga. Os resultados obtidos permitiram tecer considerações a respeito de teores de alumínio e nióbio que apresentam um conjunto de propriedades mecânicas mais adequadas para a utilização em próteses ortopédicas / Abstract: Metallic materiaIs for total hip prosthesis manufacturing are chosen based on their mechanical strength, fatigue and cOITosion resistance as well as biocompatibility. Titanium alloys present superior strength-to-weight ratio, higher corrosion resistance and higher biocompatibility when compared to stainless steel and Co-Cr alloys. The Ti-6AI-4V aIloy (weight %), firstly developed for aerospace industry, is the most used titanium alloy for medical applications, in spite of vanadium being considered as a toxic element to the human body. By this reason, new alloys were developed in order to replace vanadium as j3-phase stabilizer. Among these new aIloys, exceIlent alternatives were found in the Ti-AI-Nb system, developed in Europe at middle 80's, due to the high chemical stability and biocompatibility of niobium. The purpose of this work was to investigate the influence of the aluminium and niobium contents on the microstructure and meehanieal properties of some alloys in the Ti-AI-Nb system, with eompositions near Ti-6AI-7Nb. These studies eovered the alloy preparation in are furnaee, the determination of phase transformation temperatures by thermal analysis, the verifieation to the presenee of interstitial elements and the formation of intermetaIlics, the determination of relative phase ratio, tension test and fatigue test. The results allowed one to make eonsiderations about aluminium and niobium eontents that showed appropriate meehanical properties to fit orthopaedic prosthesis requirements / Doutorado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Itamar Ferreira / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-04T02:53:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Oliveira_VolneyMattosde_D.pdf: 6365228 bytes, checksum: 8518cfdacfe85399d0990117cb48c6d8 (MD5) Previous issue date: 2004 / Resumo: O titânio puro, bem como suas ligas, apresenta características interessantes como alta relação resistência/peso, boa resistência à corrosão e elevada biocompatibilidade, apropriadas para aplicações em implantes. O emprego do titânio puro limita-se a aplicações onde as solicitações mecânicas não são elevadas, como nos implantes dentários. O propósito do presente trabalho é a obtenção e caracterização da liga Ti-35Nb-5Ta-7Zr que além de todos os elementos serem biocompatíveis, tem menor módulo de elasticidade o que minimiza o problema de reabsorção óssea, comum em implantes. As matérias primas de partida foram lingotes fundidos, em forno a arco voltáico, a vácuo e com injeção de gás inerte, de 20 mm de diâmetro por 150 mm de comprimento. Esses lingotes foram inicialmente laminados a 950 e 1.230°C, para uma forma retangular, com redução total de aproximadamente 60% em área, em cinco passes, para se definir a melhor temperatura em termos de homogeneidade e refino microestrutural. Foi possível concluir, nessa primeira etapa, que a temperatura de 1.230°C levou aos melhores resultados. Após a laminação a 1.230°C, amostras com seção quadrada de 7 x 7 mm foram forjadas, rotativamente, a 700°C, obtendo-se amostras de seção circular com diâmetro de 3,8 mm, redução de 77% em área, a partir desse diâmetro foi realizada a redução a frio, de 3,8 mm ao diâmetro de 3,3 mm. Essas amostras laminadas foram comprimidas isotermicamente nas temperaturas: ambiente (20°C) e de 200 a 1.000°C, de 100 em 100°C. Para caracterização microestrutural do material, foram utilizadas as técnicas de microscopia ótica, microscopia eletrônica de varredura, difração de raios X e análise térmica diferencial. A microestrutura foi observada em todas as condições analisadas neste trabalho, ou seja, bruta de fusão, laminadas, forjadas e com compressão isotérmica. As propriedades mecânicas, determinadas para algumas dessas condições, foram: a dureza e a microdureza Vickers, o limite de escoamento, o limite de resistência à tração e a compressão, o módulo de elasticidade e o alongamento. O potencial de corrosão e a densidade de corrosão foram caracterizados e analisados. A análise dos constituintes da liga comprovou que o processo de preparação da liga utilizado neste trabalho levou a uma razoável homogeneidade. A análise microestrutural mostrou que as microestruturas são fortemente influenciadas pelos tratamentos termo-mecânicos. O ensaio de compressão isotérmica permitiu observar a existência de uma transformação alotrópica na faixa de temperatura entre 700°C e 800°C, confirmada no ensaio de DT A, como sendo uma transformação endotérmica associada com a transformação alotrópica do titânio (a - ~). Os ensaios de corrosão indicaram que a liga Ti-35Nb-5Ta-7Zr é um material mais nobre quando comparado com o titânio puro; entretanto, uma vez iniciado o processo de corrosão, a mesma apresentou uma maior velocidade de corrosão em relação ao titânio puro. A análise por difração de raios-X da liga estudada confirmou ser uma liga ~. As propriedades mecânicas da liga obtidas no ensaio de tração são as esperadas e adequadas para implantes, principalmente o módulo de elasticidade, que é o principal fator que motivou este trabalho / Abstract: The pure titanium and the titanium alIoys present interesting characteristics like high relation strength/weight, good corrosion resistance, and very good biocompatibility, that are very useful for implant applications. The pure titanium applieation is limited to applieations involving low mechanical solicitations. The purpose of this work is the fabrieation and charaeterization of the Ti-35Nb-5Ta-7Zr alIoy that has alI the elements biocompatible and low modulus of elasticity that is very important in terms of minimizing bone reabsorption. The start materiaIs were ingotes fabricated in an are voltaic furnace, in vaeuum with addition of inert gas, of 20 mm in diameter and 150 mm in length. These ingotes were transformed, by rolIing, at 950°C and 1230°C, to a reetangular form, with an approximated total reduction of 60% in area, in five passing, for defining the best temperature in terms of homogeneity and refining of the microstrueture. It was possible to conc1ude, from this first stage, that the 1230°C was the best temperature. Afier rolling at 1230°C, square samples of 7 x 7 mm were rotary swaging (radial forging), at 700°C, to a little bar of 3.8 mm in diameter, representing 77% of reduction in area, and from that, the samples were cold rotary swaging to 3.3 mm of diameter samples. These 3.3 mm in diameter samples were isostatic pressing at 20°C and from 200 to 1000°C, in 100 to 100°C. Optieal microscopy, scanning electron mieroseopy (SEM), X-ray diffraction, and differential thermal analysis (DTA) have been condueted in order to mierostruetural eharacterization and analysis. For alI eonditions easting, rolling, radial forging, and isostatic pressing - the mlcrostructure has been eharacterized and analysed and the meehanieal properties (Viekers hardness and mierohardness, yield strength, tensile strength, eompression strength, modulus of elasticity, and elongation) for some of these eonditions have been determined and analysed. The potential and density of corrosion were also determined and analysed. The analysis of the individual constituents of the studied alIoy shown that the used process of fabrication of the alIoy produced a good homogeneity and refining of the microstrueture. The mierostrueture is strongly affected by the thermal treatments. It was possible to observe an alotropie transformation between 700°C and 800°C that was characterized by DT A as an endothermie transformation associated to the alotropic transformation of the titanium (a ~). The Ti-35Nb-5Ta-7Zr alloy is noble when compared to the pure titanium in terms of eorrosion properties; however, on the other hand, once the eorrosion processes takes place the velocity of corrosion was higher for the alloy. The X-ray diffraction teehnique eonfirmed that the studied alIoy is a ~ alIoy. The tensile mechanieal properties of this alIoy are as expeeted and good for implants, mainly in terms of the low modulus of elasticity, that was the main factor of motivation of this thesis / Doutorado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutor em Engenharia Mecânica

Ingeniero Civil Mecánico / Este estudio se realizó en el Centro Avanzado de Manufactura [AMRC], Universidad de Sheffield con Boeing, Reino Unido, dentro de departamento Fábrica del Futuro (FoF), que busca generar estudios de avanzada en la manufactura de materiales de uso aeroespacial. El objetivo de este trabajo fue estudiar la influencia que presentan los parámetros de corte en torno sobre la vida a la fatiga en una muestra de Ti-6Al-4V, mediante la observación de la rugosidad superficial obtenida. Inicialmente se establece la base teórica que modela el fenómeno de fatiga y, paralelamente se estudian las variables de corte de mayor incidencia en la integridad superficial de una operación de torno. Se escogen las variables velocidad de corte, profundidad de corte, avance y estado de la herramienta como las variables manipuladas del experimento. Se trabajó con un diseño factorial fraccionado de ocho niveles con doble centro, lo cual se traduce en doce especificaciones centradas en 100 [m/s], 0,3 [mm] y 0,2 [mm/rev] respectivamente para cada variable. El tipo de estudio de fatiga escogido corresponde a un ensayo axial con R=0,1 y frecuencia de 10 [Hz], controlado en fuerza y probeta de sección transversal cuadrada. La manufactura necesaria para obtener mediante una operación de torno, las probetas de fatiga, se genera principalmente mediante el doble refrentado de un disco con el perfil de la norma ASTM: E606. Mediante electroerosión con hilo se cortan radialmente estas probetas, logrando que para las doce especificaciones del diseño experimental, se cuente con cuatro probetas por cada una. Las mediciones de rugosidad superficial mediante un método de contacto con rugosímetro Mitutoyo y un método óptico con el uso del microscopio confocal Alicona, se observa una clara influencia del avance como variable principal en este parámetro. La velocidad de corte pareciera incidir, pero con una menor influencia evidente. Estos dos métodos presentaron diferencias entre ellos, pero comparten datos dentro de cierto rango estadístico, dando cuenta de la variabilidad del parámetro medido, dependiendo del método escogido y la variabilidad intrínseca del parámetro. La vida a la fatiga aproximada inicial se establece en los 104 ciclos. Mediante criterios de fatiga Gerber y Sodeberg, se establece una carga máxima nominal de 40 [kN]. Se obtienen resultados de vida a la fatiga en torno a los 1,5∙〖10〗^4 ciclos. Seguidamente se aumenta la carga a 43 [kN], disminuyendo el número de ciclos. Con la unión de ambos resultados, se obtiene un gráfico SN que permite visualizar el comportamiento de fatiga de cada especificación. Al realizar una ampliación en rango de interés e interpolaciones a niveles de esfuerzo común, se diferencian las especificaciones de acuerdo a su avance y rugosidad, presentando una mayor influencia de la rugosidad en las zonas de bajo número de ciclo y una mayor heterogeneidad en mayores números de ciclos. Para mayores esfuerzos la rugosidad disminuye el número de ciclos esperado. Al disminuir la carga, aumenta el número de ciclos esperado y la influencia de la rugosidad tiende a atenuarse. / Este trabajo ha sido financiado parcialmente por la Universidad de Chile y por el Advanced Manufacturing Research Centre with Boeing, The University of Sheffield