Título

ANELASTICIDADE E O MÓDULO DE ELASTICIDADE DINÂMICO DO SISTEMA Ti-Nb-Fe RELACIONADOS COM TRANSFORMAÇÕES DE FASES

ANELASTICITY AND DYNAMICAL ELASTIC MODULUS OF THE Ti-Nb-Fe SYSTEM ASSOCIATED TO PHASE TRANSFORMATIONS

Autoria

Florêncio, Odila; Chaves, Javier Andres Muñoz; Junior, Paulo Sergio da Silva; Marques, Paulo Wilmar Barbosa; Santos, Matheus Felipe dos; Afonso, Conrado Ramos Moreira

DOI

10.5151/2594-5327-23663

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Resumo

Recentes estudos realizados em materiais para aplicações biomédicas têm sido focados em ligas  de titânio que não possuam elementos tóxicos, apresentem biocompatibilidade e tenham módulo de elasticidade próximo ao do osso humano (10-40 GPa). As ligas do sistema Ti-xNb-3Fe (x=10 e 15%p.) foram obtidas por solidificação rápida e caracterizadas por medidas de relaxações anelásticas, difração de raios-X e microscopia eletrônica de varredura. Os espectros de relaxações anelásticas apresentaram um comportamento reversível em temperaturas entre 140 e 300K, sendo este resultado associado à transformação martensítica entre as fases β (ccc) e α” (ortorrômbica). Foi observado um aumento do módulo de elasticidade (endurecimento) do material entre 520 e 620K relacionado com a precipitação da fase ω (hexagonal). Em temperaturas acima de 620 K foi observada uma diminuição do módulo que foi atribuída à transformação da fase ω para a fase α estável. Os difratogramas de DRX evidenciaram a presença das fases β, ω e α, após as medidas de relaxações anelásticas. As microestruturas típicas apresentaram predominância da fase β e morfologia dendrítica. Os módulos de elasticidade dinâmicos, para as ligas Ti-10Nb-3Fe e Ti-15Nb-3Fe, foram de 76 e 71GPa tal como solidificadas e 86 e 68 GPa após tratamento térmico, respectivamente.

 

Recent studies on materials for biomedical applications have been focused on  titanium alloys with highly biocompatibility, without toxic elements, and elastic modulus closed to that of human bone (10-40 GPa). Beta Ti-xNb-3Fe (x = 10 and 15 wt.%) alloys were obtained by rapid solidification and characterized by anelastic relaxations measurements, X-ray diffraction and scanning electron microscopy. Anelastic relaxations spectra showed a reversible behavior for temperatures between 140 and 300 K, this result was associated with the martensitic transformation of β (bcc) to α" (orthorhombic) phases. The elastic modulus measurements showed a hardening of the material between 520 and 620 K related to the ω phase (hexagonal) precipitation. At temperatures above 620 K it was observed a decreasing on dynamical elastic modulus which was assigned to the ω  α phase transformation. XRD patterns confirmed the formation of β, α and ω phases, after mechanical relaxations measurements. Results confirmed a predominant β phase with dendritic morphology microstructure. The dynamical elastic moduli, for the Ti-10Nb-3Fe and Ti-15Nb-3Fe alloys, were 76 and 71 GPa as-quenched and 86 and 68 GPa after annealing, respectively.

Palavras-chave

Ligas β de titânio; Relaxação anelástica; Módulo de elasticidade; Transformação de fase.

β Titanium alloys; Anelastic relaxation; Elastic modulus; Phase transformation.