Processamento por metalurgia do pó e caracterização de compósitos da liga Ti-13Nb-13Zr reforçados com TiC - Lemos, Guilherme (2024)
O objetivo da presente pesquisa foi o desenvolvimento de compósitos de matriz metálica da liga de titânio Ti-13Nb-13Zr via metalurgia do pó com reforço de carboneto de titânio. As ligas de titânio são aplicadas em situações onde requer-se baixa densidade com alta resistência mecânica (limite de escoamento de 150MPa a 1200MPa). Esta combinação de propriedades é denominada resistência específica, sendo um importante fator a se considerar em projetos na indústria aeroespacial. A resistência a oxidação/corrosão destas ligas, permite operar em temperaturas de até 500°C. Algumas ligas de titânio podem ser empregadas em implantes, pois tendem a não reagir com fluídos corporais, seu módulo de elasticidade é mais próximo ao do osso, quando comparado a outras ligas. Uma das poucas desvantagens das ligas de titânio é a sua baixa resistência ao desgaste, para amenizar problemas tribológicos, bem como aumentar a resistência mecânica, têm-se produzido compósitos de matriz metálica de titânio com reforços cerâmicos. Foram produzidos compósitos da liga de titânio Ti-13Nb-13Zr, com adições de reforço de TiC (frações mássicas de 0 a 20%). Inicialmente, caracterizou-se os pós das matérias-primas (hidretos metálicos e carboneto de titânio), os tamanhos de partícula D(50) encontrados foram menores do que 10m; as morfologias dos pós são angulares, facetadas e em formato de bastões (NbH); nos resultados de difração de raios X foram encontrados apenas picos dos pós avaliados. As densificações para os materiais sinterizados a 1400°C, foram de 93% a 95,5%. A composição química da amostra monolítica apresentou resultados coerentes: 13,3% de nióbio, 12,2% de zircônio, 0,3% de ferro; a composição foi utilizada para obtenção de cálculos termodinâmicos. Para as amostras sinterizadas, a quantificação de fases por difração de raios X apresentou resultados coerentes, amostra monolítica: 53,4% de fase alfa (HC) e 46,6% de fase beta (CCC); com as adições do reforço de TiC verificou-se que a fase beta manteve-se com valores próximos de 41-43%, enquanto que a fase alfa diminuiu com adições do reforço: de 46,5% para 35,7% para a amostra de 20% TiC. Nas caracterizações por microscopia óptica e microscopia eletrônica de varredura, pode-se observar a microestrutura da matriz, com morfologia do tipo Widmanstätten com os carbonetos dispersos pela matriz (para menores quantias), enquanto que para maiores quantidades, tende-se a formar uma rede do reforço ao redor das células de Widmanstätten; uma outra constatação realizada é a de que ocorre um refinamento microestrutural conforme aumenta-se a quantidade do TiC, comparativamete nota-se uma diminuição das regiões de fase alfa, o que concorda com os resultados de DR-X. Nas análises de EDS, o nióbio é particionado preferencialmente na fase beta, o zircônio tenderia a ser elemento neutro, mas na presença do nióbio, possui particionamento favorável para a fase beta. Os resultados de dureza Vickers apontam uma melhoria significativa: de 350HV-2, para a amostra monolítica, com aumento na faixa de 475-500HV-2, para os compósitos. Os compósitos com quantidades intermediárias de TiC (5% e 10%) apresentaram as melhores propriedades tribológicas.