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Previous issue date: 2015-01-28 / Universidade Federal de Sao Carlos / One of the most probable fields of applications of Severe Plastic Deformation (SPD) processes is that of biological implants, and the most investigated metallic material in this context is titanium and its alloys. The motivation for the present work follows a general tendency which aims to substitute the Ti-6Al-4V alloy for commercially pure Ti; a prerequisite for such replacement being the mechanical strength enhancement of the latter. Lower cost and the absence of the harmful Al and V justify the substitution. For the purpose of strength enhancement a number of SPD processes are available, but very recent investigations showed that the combination of Equal-channel angular pressing (ECAP) with rolling or extrusion gives excellent results. In this work SPD was applied to commercial Ti Grade 2 employing (i) four ECAP passes; (ii) same followed by rolling, at room temperature and (iii) same followed by rolling at 100oC. The focus of the investigation is centred on process (iii), its influence on mechanical properties, work hardening capacity, sensitivity to strain rate, grain size and microstructure. Highest mechanical strength among all other process conditions was produced by only two ECAP passes plus rolling at 100oC. This was achieved by the establishment of a very small grain size and a high density of dislocations. The sub-zero mode of deformation also affected positively the high cycle fatigue behaviour, the Charpy fracture energy and the thermal stability; that was determined by microhardness measurements and calculation of the activation energy for recrystallization employing DSC. Additionally were investigated a series of properties here called technological properties of utmost importance for the final product: Results show that sub-zero SPD is harmful to machinability, benefits corrosion and produces screws for bone implants whose torque limit is above this product specifications but its torque fracture angle is smaller than for the Ti-6Al-4V alloy. / Um dos prováveis campos de aplicação da Deformação Plástica Severa (DPS) é o de implantes biológicos, e o material mais investigado neste contexto é o titânio e suas ligas. A motivação para o presente trabalho segue uma tendência geral que objetiva a substituição do Ti-6Al-4V por Ti comercialmente puro, pré-requisito para isso sendo o aumento da resistência mecânica do segundo material. Diminuição de custo e ausência do Al e V justificam a substituição. Para realizar o aumento de resistência diversos processos de DPS estão disponíveis, mas investigações muito recentes mostraram que a sequência extrusão em canal angular (ECAP) seguida de laminação ou extrusão obtém excelentes resultados. Neste trabalho DPS foi aplicado a Ti comercial Grau 2 empregando: (i) quatro passes ECAP; (ii) idem, seguido por laminação em temperatura ambiente; (iii) idem, seguido por laminação a -100oC. O foco do trabalho está centrado no processo (iii), em sua influência nas propriedades mecânicas, endurecimento por deformação, sensibilidade à taxa de deformação e microestrutura. Os maiores resultados resistência mecânica foram obtidos com apenas dois passes ECAP seguidos de laminação a -100oC. Isto foi conseguido por apreciável redução de tamanho de grão e alta densidade de discordâncias. A deformação sub-zero também afetou positivamente o comportamento em fadiga de alto ciclo, a energia de fratura Charpy e a estabilidade térmica; esta última determinada por medidas de microdureza e cálculo da energia de ativação para recristalização aparente via DSC. Também foram estudadas uma série de propriedades aqui chamadas de propriedades tecnológicas, que são críticas para o produto final. Os resultados mostram que o processamento SPD sub-zero prejudica a usinabilidade, aumenta a resistência à corrosão e pode produzir parafusos para implantes ósseos cujo limite de torque está acima das especificações para este produto, embora com ângulo de fratura sob torque menor do que o da liga Ti-6Al-4V.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufscar.br:ufscar/738 |
| Date | 28 January 2015 |
| Creators | Mendes Filho, Anibal de Andrade |
| Contributors | Sordi, Vitor Luiz |
| Publisher | Universidade Federal de São Carlos, Programa de Pós-graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, UFSCar, BR |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFSCAR, instname:Universidade Federal de São Carlos, instacron:UFSCAR |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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