Resumo: O estudo realizado teve como objetivo o desenvolvimento e a avaliação da liga Ti10Mo3Sn, comparando-a com a liga Ti6Al4V (ASTM F136-13(2021e1), amplamente utilizada em implantes ortopédicos. A Ti10Mo3Sn foi escolhida devido ao seu potencial de reduzir o módulo de elasticidade e melhorar a compatibilidade biomecânica, uma vez que a elevada rigidez da Ti6Al4V é associada ao efeito de stress shielding, que pode impactar negativamente a regeneração óssea. A liga Ti10Mo3Sn foi obtida por fusão em forno a arco voltaico e submetida a tratamentos térmicos e processamento termomecânico para estabilizar a fase ß. A caracterização incluiu análises químicas, ensaios de dureza, tração e fadiga, além de estudos microestruturais. O módulo de elasticidade foi determinado para verificar a compatibilidade biomecânica, considerando o valor do osso humano (~50 GPa) como referência. Os resultados mostraram que o módulo de elasticidade da Ti10Mo3Sn foi de 88 GPa, significativamente inferior ao da Ti6Al4V (106 GPa), aproximando-se mais do valor do osso humano. Esse resultado reforça o potencial da Ti10Mo3Sn para reduzir o efeito de stress shielding. Em relação à dureza, a Ti10Mo3Sn apresentou valores de 280 HV, inferiores aos 320 HV da Ti6Al4V, o que está de acordo com a menor fração de fase a e maior presença de fase ß. Nos ensaios de tração, a Ti10Mo3Sn apresentou limite de escoamento de 366 MPa, resistência à tração de 639 MPa e alongamento de 21%, enquanto a Ti6Al4V registrou valores superiores, como limite de escoamento de 879 MPa, resistência à tração de 998 MPa e alongamento de 19%. Apesar disso, os resultados da Ti10Mo3Sn são adequados para aplicações médicas, atendendo aos requisitos normativos. Nos ensaios de fadiga, a liga Ti10Mo3Sn alcançou vida útil de 10 × 106 ciclos sob tensões de 200 MPa, enquanto a Ti6Al4V suportou até 10 x 106 ciclos em tensões de 400 MPa. Este desempenho em fadiga, embora inferior ao da Ti6Al4V, é consistente com a maior tenacidade e menor rigidez da Ti10Mo3Sn e, quando correlacionado ao menor módulo de elasticidade, destaca seu comportamento dinâmico favorável a fabricação de implantes ortopédicos. A microestrutura da Ti10Mo3Sn revelou uma matriz predominantemente ß com grãos refinados, enquanto a Ti6Al4V apresentou uma combinação de fases a+ß. Essa diferença explica as propriedades mecânicas inferiores da Ti10Mo3Sn, mas também justifica seu menor módulo de elasticidade, essencial para aplicações biomédicas. Conclui-se que a liga Ti10Mo3Sn é uma alternativa promissora à Ti6Al4V para implantes ortopédicos, especialmente em situações que demandam maior compatibilidade biomecânica. A combinação de menor módulo de elasticidade, resistência mecânica adequada e bom desempenho em fadiga indica que a Ti10Mo3Sn pode reduzir os efeitos adversos associados ao stress shielding, promovendo melhor integração óssea e funcionalidade do implante a longo prazo. Estudos futuros devem focar na otimização do processamento e na validação clínica para consolidar sua aplicabilidade em escala industrial Ver menos

Abstract: This study aimed to develop and evaluate the Ti10Mo3Sn alloy, comparing it with the Ti6Al4V alloy (ASTM F136-13(2021)e1), which is widely used in orthopedic implants. Ti10Mo3Sn was selected for its potential to reduce the elastic modulus and enhance biomechanical compatibility, given that the high stiffness of Ti6Al4V is associated with the stress shielding effect, which can negatively impact bone regeneration. The Ti10Mo3Sn alloy was produced by arc melting and subjected to heat treatments and thermomechanical processing to stabilize the ß phase. Characterization involved chemical analysis, hardness, tensile, and fatigue tests, as well as microstructural studies. The elastic modulus was determined to assess biomechanical compatibility, using the value of human bone (~50 GPa) as a reference. The results showed that the elastic modulus of Ti10Mo3Sn was 88 GPa, significantly lower than that of Ti6Al4V (106 GPa) and closer to the value of human bone. This finding reinforces the potential of Ti10Mo3Sn to mitigate the stress shielding effect. Regarding hardness, Ti10Mo3Sn presented a value of 280 HV, lower than the 320 HV of Ti6Al4V, consistent with its lower a-phase fraction and greater ß-phase presence. In tensile tests, Ti10Mo3Sn exhibited a yield strength of 366 MPa, an ultimate tensile strength of 639 MPa, and an elongation of 21%, whereas Ti6Al4V showed higher values, with a yield strength of 879 MPa, an ultimate tensile strength of 998 MPa, and an elongation of 19%. Despite its lower mechanical strength, the results for Ti10Mo3Sn meet the regulatory requirements for medical applications. In fatigue tests, Ti10Mo3Sn withstood up to 10 × 106 cycles under 200 MPa stress, while Ti6Al4V endured up to 10 × 106 cycles at 400 MPa stress. Although its fatigue performance is lower than that of Ti6Al4V, it aligns with the higher toughness and lower stiffness of Ti10Mo3Sn. When correlated with its reduced elastic modulus, this behavior highlights its dynamic suitability for orthopedic implant applications. Microstructural analysis revealed that Ti10Mo3Sn consists predominantly of a ß-phase matrix with refined grains, whereas Ti6Al4V exhibits a combination of a+ß phases. This distinction explains the inferior mechanical properties of Ti10Mo3Sn but also justifies its lower elastic modulus, which is essential for biomedical applications. In conclusion, the Ti10Mo3Sn alloy emerges as a promising alternative to Ti6Al4V for orthopedic implants, particularly in cases requiring enhanced biomechanical compatibility. The combination of a lower elastic modulus, adequate mechanical strength, and favorable fatigue performance suggests that Ti10Mo3Sn can mitigate the adverse effects of stress shielding, promoting better bone integration and long-term implant functionality. Future studies should focus on optimizing processing techniques and conducting clinical validation to establish its industrial applicability Ver menos