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Type: TESE DIGITAL
Degree Level: Doutorado
Title: Surface stiffness gradient obtained by laser surface solution treatment in aged Ti alloys : Gradiente de rigidez obtido por solubilização superficial por laser em ligas envelhecidas de titânio
Title Alternative: Gradiente de rigidez obtido por solubilização superficial por laser em ligas envelhecidas de titânio
Author: Costa, Fernando Henrique da, 1989-
Advisor: Fogagnolo, João Batista, 1964-
Abstract: Resumo: Materiais com gradientes funcionais são muito interessantes para a otimização das propriedades mecânicas de componentes de engenharia. Ligas de titânio apresentam grande variação no módulo de elasticidade em função das fases presentes e de tratamentos térmicos. A existência de ligas de titânio com valores significativamente diferentes abre a possibilidade de fabricação de peças com gradiente de rigidez. Um possível uso para peças com gradiente de rigidez é na fabricação de implantes e próteses. A redução no módulo de elasticidade de próteses e implantes pode ser um possível fator na redução do chamado efeito de blindagem de tensões. Neste trabalho, propõe-se o uso de um tratamento térmico a laser para solubilizar a superfície de ligas de titânio envelhecidas para se obter uma camada solubilizada, com diferente módulo de elasticidade, mantendo inalterado o valor do módulo de elasticidade da estrutura envelhecida no núcleo da peça. Três ligas foram estudadas: Ti-8Mo, Ti-8Mo-6Sn e Ti-30Nb-1Fe. Primeiramente, foram obtidos cordões isolados utilizando diferentes potências de laser a fim de encontrar o conjunto de parâmetros necessários para aquecer a superfície da amostra, evitando a presença de zona de fusão. Em uma segunda etapa, tratamentos contínuos foram obtidos nas amostras através da sobreposição de cordões e simulações por elementos finitos foram realizadas para estimar os ciclos térmicos dos tratamentos a laser. Difração de raios-X, microscopia de luz visível, microscopia eletrônica de varredura, microscopia eletrônica de transmissão e endentação instrumentada foram as técnicas utilizadas para avaliar o efeito da transformação de fases sobre a dureza e o módulo de elasticidade nas ligas após os tratamentos a laser. Verificou-se que a liga Ti-30Nb-1Fe não mostrou redução no módulo de elasticidade, o que se atribui à formação da fase w atérmica em uma matriz de fase ß durante o resfriamento da camada tratada após a passagem do laser. Por outro lado, as ligas Ti-8Mo e Ti-8Mo-6Sn exibiram uma redução no módulo de elasticidade na camada tratada com laser e as fases encontradas neste caso foram fase ß e martensita alfa". Nessas duas ligas obteve-se o revestimento menos rígido almejada

Abstract: Materials with functional gradients are very interesting for the optimization of mechanical properties of engineering parts. Titanium alloys show significative variation in elastic modulus as a function of phases present and heat treatments. The existence of titanium alloys with significantly different values opens the possibility of manufacturing parts with stiffness gradient. One possible application for parts with functional gradients is in the manufacture of implants and prostheses. The reduction in the elastic modulus of prostheses and implants may be a possible factor in reducing the so-called stress shielding effect. In this work, it is proposed to use a laser heat treatment to solubilize the surface of previously aged titanium alloys to obtain a layer with lower elastic modulus while maintain the high elastic modulus on the core of the part. Three alloys were studied: Ti-8Mo, Ti-8Mo-6Sn and Ti-30Nb-1Fe. Firstly, single laser tracks were obtained in different laser powers in order to find the set of parameters necessary to heat the surface of the sample avoiding the presence of fusion zone. In a second step, continuous treatments were obtained in the samples by track overlapping treatments and finite element analysis was performed to estimate the thermal cycle of the laser treatments. X-ray diffraction, visible microscopy, scanning electron microscopy, transmission electron microscopy and instrumented indentation were the techniques used to evaluate the effect of phase formation on the change of hardness and elastic modulus in a surface layer after laser treatment. It was verified that the Ti-30Nb-1Fe alloy showed no reduction in the elastic modulus which was attributed to the formation of athermal w phase in a ß phase matrix during the cooling of the treated layer after the passage of the laser. On the other hand, the Ti-8Mo and Ti-8Mo-6Sn alloys exhibited a reduction in elastic modulus in the laser treated layer and the phases found in this case were ß phase and alfa" martensite. In these two alloys the desired less-rigid coating was obtained
Subject: Ligas de titânio
Tratamento térmico
Módulo de elasticidade
Laser - Tecnologia
Language: Multilíngua
Editor: [s.n.]
Citation: COSTA, Fernando Henrique da. Surface stiffness gradient obtained by laser surface solution treatment in aged Ti alloys : Gradiente de rigidez obtido por solubilização superficial por laser em ligas envelhecidas de titânio . 2020. 1 recurso online ( 125 p.) Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica , Campinas, SP. Disponível em: http://www.repositorio.unicamp.br/handle/REPOSIP/355727. Acesso em: 23 Feb. 2021.
Date Issue: 2020
Appears in Collections:FEM - Tese e Dissertação

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