Resumo: A prática ancestral da inserção de implantes no corpo humano fomenta inovações na busca por biomateriais que atendam aos rigorosos critérios de biocompatibilidade e biofuncionalidade. Materiais com gradientes de funcionalidade destacam-se como altamente promissores na fabricação de dispositivos ortopédicos implantáveis, ao minimizar efeitos deletérios no organismo. As ligas de titânio, especialmente as ? metaestáveis, são ideais para essa aplicação devido à possibilidade de otimização de suas propriedades mecânicas através de rotas de processamento apropriadas. Este estudo tem como objetivo desenvolver e caracterizar placas da liga Ti-30Nb-4Sn com gradientes de rigidez, mediante a aplicação de tratamentos térmicos seletivos. Adicionalmente, busca-se analisar o comportamento mecânico dessas placas por meio de simulações mecânicas. As amostras foram produzidas por fusão à arco voltaico e submetidas a três rotas de tratamentos térmicos, que incluíram o envelhecimento em regiões específicas da amostra. Técnicas como cálculo de diagrama de fases (CALPHAD), análise térmica, microscopia eletrônica de varredura e transmissão, difração de raios X e ensaios de tração, foram empregadas para elucidar as transformações de fases e seus efeitos nas propriedades da liga. Os resultados indicaram que a liga Ti-30Nb-4Sn apresenta uma elevada resposta a tratamentos térmicos, permitindo a imposição de três perfis distintos de gradientes de rigidez. Foram observados aumentos de 199 HV a 268 HV nos níveis de dureza e 58 GPa a 101 GPa no módulo de elasticidade. Adicionalmente, foi sugerido um elevado potencial de otimização dos tratamentos térmicos seletivos para a imposição de gradientes de rigidez em amostras com concentrações controladas de oxigênio. As simulações mecânicas confirmaram a eficácia dos gradientes de rigidez na redução do efeito de blindagem óssea, fornecendo insights relevantes para a viabilidade da aplicação desses dispositivos Ver menos

Abstract: The ancient practice of implanting devices into the human body drives innovations in the search for biomaterials that meet rigorous biocompatibility and biofunctionality criteria. Functionally graded materials (FGMs) emerge as highly promising in the fabrication of implantable orthopedic devices, as they minimize deleterious effects on the body. Titanium alloys, particularly ß metastable ones, are ideal for this application due to the potential for optimizing their mechanical properties through appropriate processing routes. This study aims to develop and characterize plates made of the Ti-30Nb-4Sn alloy with stiffness gradients via selective heat treatments. Additionally, the mechanical behavior of these plates will be analyzed through mechanical simulations. The samples were produced by arc melting and subjected to three heat treatment routes, including aging in specific regions of the sample. Techniques such as phase diagram calculation (CALPHAD), thermal analysis, scanning and transmission electron microscopy, X-ray diffraction, and tensile testing were employed to elucidate phase transformations and their effects on the alloy's properties. The results indicated that the Ti-30Nb-4Sn alloy exhibits a high response to heat treatments, allowing the imposition of three distinct stiffness gradient profiles. Hardness levels increased from 199 HV to 268 HV and the elastic modulus from 58 GPa to 101 GPa. Furthermore, the study suggested a high potential for optimizing selective heat treatments to impose stiffness gradients in samples with controlled oxygen concentrations. Mechanical simulations confirmed the efficacy of stiffness gradients in reducing the stress shielding effect, providing valuable insights into the feasibility of these devices' application Ver menos