Orientador: Rubens Caram Junior

Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica

Resumo: Ligas de titânio com altos teores de elementos _ estabilizadores, solubilizadas em altas temperaturas e resfriadas rapidamente exibem limitada resistência mecânica e boa ductilidade, o que e resultado da formação de martensita ortorrômbica ou da manutenção da fase _ metaestável. Tal...

Resumo: Ligas de titânio com altos teores de elementos _ estabilizadores, solubilizadas em altas temperaturas e resfriadas rapidamente exibem limitada resistência mecânica e boa ductilidade, o que e resultado da formação de martensita ortorrômbica ou da manutenção da fase _ metaestável. Tal resistência pode ser significativamente aumentada por meio da aplicação de tratamentos térmicos de envelhecimento, que promovem a precipitação de novas fases, combinados com encruamento produzido por deformação plástica a frio. Este trabalho teve como objetivo o desenvolvimento de ligas do sistema Ti-Nb-Sn com propriedades mecânicas otimizadas visando sua utilização como biomaterial. Inicialmente, ligas de titânio com diferentes elementos de liga foram submetidas a ensaios de citocompatibilidade in vitro. Os resultados obtidos sugerem que ligas Ti-Nb-Sn sao biocompativeis. Na sequencia, amostras de ligas Ti-Nb-Sn preparadas em forno de fusao a arco foram tratadas termicamente objetivando homogeneizacao quimica e microestrutural, solubilizadas em alta temperatura, resfriadas rapidamente e deformadas plasticamente a frio. Tais amostras foram tratadas termicamente para promover a recuperacao, a recristalizacao e o envelhecimento da microestrutura. Os resultados obtidos indicam que a aplicacao de deformacao plastica e recozimento produz o refinamento da microestrutura. A aplicacao de tratamentos termicos de envelhecimento a 350 °C resultou na decomposicao da fase martensita ortorrombica e na formacao das fases _, w e a. Constatou-se que o comportamento mecanico das amostras envelhecidas reflete a combinacao das fases e suas respectivas fracoes volumetricas. O refino microestrutural e a precipitação da fase a resultaram em expressivo aumento da dureza, modulo de elasticidade e resistencia mecanica, bem como na queda da ductilidade. Finalmente, a aplicacao de condicoes de processamento otimizadas resultou em amostras com elevada resistencia mecanica e razoavel ductilidade. A liga Ti-35Nb-4Sn apresentou reduzido modulo de elasticidade e alta resistencia a tracao, condicao ideal para aplicacao biomedica

Abstract: Titanium alloys with high _ stabilizing elements content, solution heat treated at high temperatures and rapidly cooled to room temperature, exhibit limited mechanical strength and good ductility as a result of orthorhombic martensite formation or maintenance of the _ metastable phase....

Abstract: Titanium alloys with high _ stabilizing elements content, solution heat treated at high temperatures and rapidly cooled to room temperature, exhibit limited mechanical strength and good ductility as a result of orthorhombic martensite formation or maintenance of the _ metastable phase. However, mechanical strength may be significantly improved by applying aging heat treatment, which leads to precipitation of new phases, combined with hardening provided by cold plastic deformation. The aim of this work is the development of alloys in the Ti-Nb-Sn system with optimized mechanical properties to be applied as biomaterial. Initially, titanium alloys with different alloying elements were tested in terms of cytocompatibility. The results suggest that Ti-Nb-Sn alloys are biocompatible. Following, Ti-Nb-Sn samples were prepared in arc furnace, heat treated aiming chemical and microstructural homogeneity, solution heat treated at high temperature, rapidly cooled to room temperature and cold plastically deformed. These samples were heat treated to promote recovery, recrystallization and aging of the microstructure. The results indicate that application of plastic deformation and annealing produces very refined microstructure. Application of aging heat treatments at 350 ° C resulted in decomposition of orthorhombic martensite phase and formation of _, w and a phases. It was found that mechanical properties of aged samples reflect the combination of such phases and their volume fractions. Microstructural refinement and a phase precipitation resulted in significant increase in hardness, elastic modulus and mechanical strength, as well as a decrease in ductility. Finally, application of optimal processing conditions resulted in samples with high mechanical strength and reasonable ductility. The Ti-35Nb-4Sn alloy showed lower elastic modulus and superior tensile strength. These results consist in ideal conditions for biomedical applications