Caracterização microestrutural e mecânica da liga Ti-35Nb-7Zr-5Ta produzida por fusão seletiva à laser

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2020
Autor(a) principal: Batalha, Weverson Capute
Orientador(a): Kiminami, Claudio Shyinti lattes
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal de São Carlos
Câmpus São Carlos
Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais - PPGCEM
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Palavras-chave em Inglês:
Área do conhecimento CNPq:
Link de acesso: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/13154
Resumo: Selective Laser Melting (SLM) is an additive manufacturing technique that consists of a layer-by-layer fusion of a powder bed by scanning a laser enabling the production of full density parts accordingly to a 3D CAD model with complex geometry. Biocompatible beta-TiNb alloys have been specially considered as promising to replace the more conventional Ni-Ti and Ti-6Al-4V alloys to be used in prostheses because their low Young’s modulus and their excellent biocompatibility. In this study, the main objective is to investigate and compare the microstructure and mechanical properties of a beta Ti-35Nb-7Zr-5Ta (TNZT) alloy processed by SLM using three different scanning strategies: unidirectional (Y); bi-directional, 79° rotating between layers (R79°); and checkboard (CHB). We produced samples in a SLM Realizer 50 with a laser power of 129W, scanning speed of 0,57 m/s, layer thickness of 40μm, in argon atmosphere, using those three different strategies. We analyzed these samples in terms of density and porosity using Archimedes’ principle and micro X-ray computerized tomography. Moreover, we characterized the samples by X-ray diffraction, optical microscopy, scanning electron microscopy, energy-dispersive X-ray spectroscopy, electron backscattered diffraction, and compression and microhardness tests. All samples presented columnar dendritic and equiaxial grains of beta Ti phase, preferably oriented in the building direction. The oxygen percentage increased in relation to the starting powder, indicating oxygen absorption during the process. The samples showed greater than 99.5% relative density with pores of different shapes, sizes and distribution among the strategies. The EBSD showed samples with different textures. The samples showed high ductility under compression, without premature failure. The yield limit ranged between σ = 436 and 466 MPa and elastic modulus between E = 47 and 50 GPa. The Vickers microhardness values kept constant along the building direction (190 HV) for both samples.
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Biocompatible beta-TiNb alloys have been specially considered as promising to replace the more conventional Ni-Ti and Ti-6Al-4V alloys to be used in prostheses because their low Young’s modulus and their excellent biocompatibility. In this study, the main objective is to investigate and compare the microstructure and mechanical properties of a beta Ti-35Nb-7Zr-5Ta (TNZT) alloy processed by SLM using three different scanning strategies: unidirectional (Y); bi-directional, 79° rotating between layers (R79°); and checkboard (CHB). We produced samples in a SLM Realizer 50 with a laser power of 129W, scanning speed of 0,57 m/s, layer thickness of 40μm, in argon atmosphere, using those three different strategies. We analyzed these samples in terms of density and porosity using Archimedes’ principle and micro X-ray computerized tomography. Moreover, we characterized the samples by X-ray diffraction, optical microscopy, scanning electron microscopy, energy-dispersive X-ray spectroscopy, electron backscattered diffraction, and compression and microhardness tests. All samples presented columnar dendritic and equiaxial grains of beta Ti phase, preferably oriented in the building direction. The oxygen percentage increased in relation to the starting powder, indicating oxygen absorption during the process. The samples showed greater than 99.5% relative density with pores of different shapes, sizes and distribution among the strategies. The EBSD showed samples with different textures. The samples showed high ductility under compression, without premature failure. The yield limit ranged between σ = 436 and 466 MPa and elastic modulus between E = 47 and 50 GPa. The Vickers microhardness values kept constant along the building direction (190 HV) for both samples.A Fusão Seletiva à Laser (FSL) é um processo de Manufatura Aditiva (MA) que consiste na fabricação de uma peça camada por camada por ação seletiva de um LASER. As ligas β-Ti, entre elas a Ti-35Nb-7Zr-5Ta (%p) possuem baixo módulo de elasticidade e a excelente biocompatibilidade. O objetivo desde trabalho foi investigar a microestrutura e propriedades mecânicas de amostras da liga TZNT processadas por FSL. Foram fabricadas peças em formato cilíndrico (5 mm x 10 mm) no equipamento Realizer SLM-50, utilizando os parâmetros de potência do LASER de 129W, velocidade de varredura de 0,57 m/s, espessura da camada de 40 μm, em atmosfera de Ar. Foram utilizadas três estratégias de varredura: unidirecional (Y); tabuleiro de xadrez (CHB); e bidirecional, com rotação de 79° (R79). As densidade das amostras foi obtida via Arquimedes e microtomografia computadorizada (μXCT). As fases foram identificadas via difração de raios-X (DRX) e microscopia eletrônica de transmissão (MET). A microestrutura foi analisada através da microscopia ótica (MO), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e difração de elétrons retroespalhados (EBSD). Os resultados da análise química e EDS foram coerentes com a composição química do pó. Os resultados de DRX apontaram para a existência somente da fase β-Ti, que é CCC, nos três casos. O percentual de oxigênio dobrou nas amostras em relação ao pó, indicando absorção de oxigênio no processo. A densidade relativa foi superior a 99,5% em todos os casos, com poros com distribuição mais homogênea em R79 e CHB e alinhados na direção de varredura em Y. A microestrutura apresentada é colunar e os resultados do EBSD apontaram uma variação na textura, que foi mais aleatória no caso da amostra Y e com textura mais forte em <001> nas amostras R79 e CHB. As amostras apresentaram alta ductilidade sob compressão. O limite de escoamento variou entre σ = 436 e 466 MPa e módulo elástico entre E = 47 e 50 GPa. O ensaio de microdureza resultou foi de 190 HV para ambas estratégias.Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)CNPq: 139288/2018-0porUniversidade Federal de São CarlosCâmpus São CarlosPrograma de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais - PPGCEMUFSCarAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessFusão seletiva à laserLigas de TiEstratégia de varreduraParâmetros de processoSelective laser meltingBeta Ti-alloysAdditive manufacturingScanning strategyProcess parametersENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA::METALURGIA DE TRANSFORMACAOCaracterização microestrutural e mecânica da liga Ti-35Nb-7Zr-5Ta produzida por fusão seletiva à laserMicrostructural and mechanical characterization of a Ti-35Nb-7Zr-5Ta alloy processed by selective laser meltinginfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesis6006002105c73f-4677-47de-b45e-1c88b51bf001reponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARORIGINALWeverson Capute Batalha - Dissertação.pdfWeverson Capute Batalha - Dissertação.pdfdissertaçãoapplication/pdf7066711https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/6c83f305-a859-497d-ac5f-cd3fb42e2b58/downloadd3efe38800586cb26c32fffb47235cf4MD52trueAnonymousREADBCO carta comprovante autoarquivamento .pdfBCO carta comprovante autoarquivamento .pdfcarta comprovanteapplication/pdf588795https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/312dc773-8e98-4617-a66d-82667b753dfd/download3a4dfb0648c5bc641807b99f9f959c7bMD51falseAnonymousREADCC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8811https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/557e2381-5e1a-42ab-83c5-ae95f1e5454c/downloade39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34MD53falseAnonymousREADTEXTWeverson Capute Batalha - Dissertação.pdf.txtWeverson Capute Batalha - Dissertação.pdf.txtExtracted texttext/plain159675https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/9e0af148-b65a-4676-bf2f-c1b12d7faf32/download0f054101f931c4e78cd1065598d230eeMD58falseAnonymousREADBCO carta comprovante autoarquivamento .pdf.txtBCO carta comprovante autoarquivamento .pdf.txtExtracted texttext/plain1320https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/28b88b1f-bc67-4a66-a6a7-58e14905fe02/downloadf2220e8ba06d712f8d11f4d7aea6e301MD510falseAnonymousREADTHUMBNAILWeverson Capute Batalha - Dissertação.pdf.jpgWeverson Capute Batalha - Dissertação.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg3674https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/9e57691e-b04f-4b9d-9670-a4d64530480d/download0aad75efcdbcbaeb2160c84d3907d750MD59falseAnonymousREADBCO carta comprovante autoarquivamento .pdf.jpgBCO carta comprovante autoarquivamento .pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg7605https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/e856b091-8047-416e-98ff-a85876e30390/download6ad098499fda0ce5dd6b754fcec0bbdeMD511falseAnonymousREAD20.500.14289/131542025-02-05 18:32:00.806http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilopen.accessoai:repositorio.ufscar.br:20.500.14289/13154https://repositorio.ufscar.brRepositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestrepositorio.sibi@ufscar.bropendoar:43222025-02-05T21:32Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false
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