Orientador: Rubens Caram Júnior

Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica

Resumo: Em segmentos industriais bastante distintos como o aeroespacial e o médico, o uso de titânio e suas ligas na fabricação de dispositivos tem aumentado de forma consistente nos últimos anos. O emprego desse metal de forma tão diversificada, seja em motores a jatos ou em implantes ortopédicos,...

Resumo: Em segmentos industriais bastante distintos como o aeroespacial e o médico, o uso de titânio e suas ligas na fabricação de dispositivos tem aumentado de forma consistente nos últimos anos. O emprego desse metal de forma tão diversificada, seja em motores a jatos ou em implantes ortopédicos, se deve a suas características únicas, ou seja, elevada resistência mecânica, baixa densidade, alta resistência à corrosão e ótima biocompatibilidade. Estudos realizados nos últimos anos e associados ao uso estrutural do titânio nos setores aeroespacial e médico/odontológico têm focado o desenvolvimento de ligas de titânio tipo ? metaestáveis. O presente estudo tem como objetivo discutir a preparação, processamento e caracterização da liga metaestável Ti-5553 (Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr-0,5Fe) e de outras duas ligas com composições modificadas pela adição de nióbio em substituição ao vanádio. Tais ligas foram preparadas por meio de fusão em forno a arco, deformadas plasticamente a quente por forjamento a quente e submetidas a dois diferentes tratamentos térmicos de envelhecimento: BASCA (Beta-annealed Slow Cooled and Age) e STA (Solution Treatment and Age). Na etapa de caracterização foram utilizadas as técnicas de microscopia óptica e eletrônica de varredura, medidas de módulo de elasticidade, medidas de dureza Vickers e ensaios de tração. Os resultados indicam que a substituição do vanádio pelo nióbio não modificou as principais características da liga Ti-5553, particularmente, sua elevada resistência mecânica e baixa cinética de transformações de fases. O tratamento térmico BASCA resultou em maior ductilidade, enquanto que o tratamento STA resultou em maior limite de resistência. À medida que o V foi substituído pelo Nb, amostras submetidas ao tratamento térmico BASCA tiveram suas respectivas resistências mecânicas aumentadas, passando de 1.147 MPa para 1.227 MPa. À medida que o teor de Nb aumentou, a ductilidade reduziu-se de 10,3 % para 6,8 %. Por outro lado, amostras submetidas ao tratamento STA apresentaram redução de resistência mecânica com o aumento do teor de Nb, enquanto que a ductilidade foi levemente reduzida. Em geral, a substituição do V pelo Nb não resultou em alterações significativas no comportamento mecânico da liga Ti-5553

Abstract: In well different industrial segments such as aerospace and medical, the use of titanium and its alloys in the manufacturing of devices has increased consistently in recent years. The use of such metal in so diverse manner, either in jet engines or orthopedic implants, is due to its unique...

Abstract: In well different industrial segments such as aerospace and medical, the use of titanium and its alloys in the manufacturing of devices has increased consistently in recent years. The use of such metal in so diverse manner, either in jet engines or orthopedic implants, is due to its unique characteristics, specifically high mechanical strength, low density, high corrosion resistance and good biocompatibility. Recent studies associated with the structural use of titanium in the aerospace and medical/dental sectors have focused on the development of ? metastable titanium alloys. This study aims to discuss the preparation, processing and characterization of the ? metastable Ti-5553 alloy (Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr-0.5Fe) and two alloys with compositions modified by the addition of niobium to replace vanadium. Such alloys were prepared by arc melting, deformed plastically by hot forging and submitted to two different aging heat treatments: BASCA (Beta-annealed Slow Cooled and Age) and STA (Solution Treatment and Age). Characterization was carried out by applying optical microscopy and scanning electron microscopy, measurements of elastic modulus, Vickers hardness and tensile tests. The results suggest that the replacement of vanadium by niobium does not modify the main characteristics of the Ti-5553, particularly, its high mechanical strength and the low kinetic of phase transformations. Application of the BASCA heat treatment resulted in higher ductility, while the STA treatment resulted in higher tensile strength. As V was replaced by Nb, samples subjected to BASCA heat treatment had their mechanical strengths increased, from 1147 MPa to 1227 MPa. As the Nb content increased, ductility dropped from 10.3% to 6.8%. On the other hand, samples subjected to STA presented a decrease in mechanical strength with increasing Nb content, while ductility was slightly reduced. In general, the replacement of V by Nb has not resulted in significant changes in the Ti-5553 alloy mechanical behavior