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https://bdtd.unifal-mg.edu.br:8443/handle/tede/2384
Tipo do documento: | Dissertação |
Título: | Avaliação da resistência ao desgaste microabrasivo de ligas de Ti-Si-B e Ti-Zr-Si-B tratadas termicamente pela técnica ball cratering |
Autor: | LOPES, Diogo Plachi |
Primeiro orientador: | RAMOS, Alfeu Saraiva |
Primeiro membro da banca: | CHAIA, Nabil |
Segundo membro da banca: | SOUZA, Renato Chaves |
Resumo: | Titânio e suas ligas têm propriedades físicas, químicas e mecânicas atrativas, tais como resistência mecânica específica, estabilidade microestrutural, resistência à corrosão em diferentes meios e características de biocompatibilidade, sendo assim vastamente utilizados para a fabricação de dispositivos médicos/dentários e de componentes usados nas áreas automotiva, aeronáutica e aeroespacial. No caso de componentes articulares que atuam sob atrito, as ligas de titânio baseadas em soluções sólidas substitucionais apresentam resistência ao desgaste limitadas, quando comparado com as ligas Co-Cr-Mo e Ti-Al, que possuem microestruturas contendo fases intermetálicas de maior dureza. Nas ligas Ti-Si-B, o TiB é usado como material de reforço, enquanto que o Ti6Si2B possui valores de dureza Vickers próximos de 1000HV. No entanto, informações sobre ligas Ti-Si-B de matriz metálica contendo precipitados de Ti6Si2B são ainda limitadas na literatura. Neste contexto, esse estudo visou a avaliação da resistência ao desgaste pela técnica de ball cratering das ligas Ti-2Si-1B, Ti-6Si-3B e Ti-10Si-5B Ti-2Zr-2Si-1B, Ti-2Zr-6Si-3B e Ti-2Zr-10Si-5B (%-at.) contendo microestruturas de Ti-+TiB e Ti-+Ti6Si2B. Estas ligas ternárias e com adição de 2%at. de zircônio, foram preparadas por fusão a arco seguido de tratamento térmico (1200oC por 16h), ambas etapas sob atmosfera de argônio, visando obter microestruturas de equilíbrio. A caracterização microestrutural das ligas foi conduzida com o auxílio de técnicas de difratometria de raios X, microscopia óptica, microscopia eletrônica de varredura (MEV) e espectrometria de energia dispersiva (EDS). Medidas de microdureza Vickers das ligas tratadas termicamente foram obtidas usando carga de 200gf por 15s. Os ensaios de desgaste ball cratering microabrasivos das ligas tratadas termicamente, foram conduzidos a seco e utilizando esferas de aço AISI 52100 (25,4mm de diâmetro, com dureza de 818HV) como elemento de fricção, mediante uma carga de 200g, rotação de 200rpm por 60min. Detalhes das superfícies desgastadas foram obtidas por microscopia confocal a laser. As ligas Ti-2Si1B e Ti-2Zr-2Si-1B apresentaram uma matriz de Ti-α com precipitados de TiB, enquanto que as demais ligas apresentaram microestruturas de Ti+Ti6Si2B, após tratamento térmico. Os valores de dureza das ligas variaram nas faixas de 264-481,5HV e de 296-453,5HV para as ligas Ti-Si-B e Ti-Zr-Si-B, respectivamente, os quais foram aumentados com o aumento da quantidade de Ti6Si2B na microestrutura, mas sem qualquer mudança significativa com a adição de Zr. Os coeficientes de desgaste variaram de 9,14.10-5 a 7,84.10-7 mm³/N.m, onde a liga Ti-2Zr-6Si-3B apresentou os menores valores de perda de volume, profundidade desgastada e coeficiente de desgaste. Foi observado um ganho de resistência ao desgaste com o aumento de Ti6Si2B na microestrutura da liga, e uma relação direta com a microdureza Vickers, devido a maior quantidade das fases duras. A adição de zircônio propiciou um aumento significativo da resistência ao desgaste em relação as ligas ternárias. Os mecanismos de desgaste abrasivo de dois e três corpos foram mais pronunciados em ligas mais ricas em Si e B, assim como a ocorrência de mecanismo de desgaste por adesão. |
Abstract: | Titanium and its alloys have attractive physical, chemical and mechanical properties, such as specific mechanical resistance, microstructural stability, resistance to corrosion in different media and biocompatibility characteristics, thus being widely used for the manufacture of medical/dental devices and components used in automotive, aeronautics and aerospace areas. In the case of joint components that act under friction, titanium alloys based on substitutional solid solutions present limited wear resistance when compared to Co-Cr-Mo and Ti-Al alloys, which have microstructures containing intermetallic phases of greater hardness. In Ti-Si-B alloys, TiB is used as a reinforcing material, while Ti6Si2B has Vickers hardness values close to 1000HV. However, information on metal matrix Ti-Si-B alloys containing Ti6Si2B precipitates is still limited in the literature. In this context, this study aimed to evaluate the wear resistance using the ball cratering technique of the alloys Ti-2Si-1B, Ti-6Si-3B and Ti10Si-5B Ti-2Zr-2Si-1B, Ti-2Zr-6Si- 3B and Ti-2Zr-10Si-5B (%-at.) containing microstructures of Ti-+TiB and Ti-+Ti6Si2B. These ternary alloys and with the addition of 2%at. zirconium, were prepared by arc melting followed by heat treatment (1200°C for 16h), both stages under an argon atmosphere, aiming to obtain equilibrium microstructures. The microstructural characterization of the alloys was conducted with the aid of X-ray diffractometry, optical microscopy, scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive spectrometry (EDS) techniques. Vickers microhardness measurements of the heattreated alloys were obtained using a load of 200gf for 15s. The microabrasive ball cratering wear tests of the heat-treated alloys were carried out dry and using AISI 52100 steel balls (25,4mm in diameter, with a hardness of 818HV) as a friction element, using a load of 200g, rotation of 200rpm per 60min. Details of the worn surfaces were obtained by confocal laser microscopy. The Ti-2Si-1B and Ti-2Zr-2Si-1B alloys presented a Ti-α matrix with TiB precipitates, while the other alloys presented Ti+Ti6Si2B microstructures, after heat treatment. The hardness values of the alloys varied in the ranges of 264-481.5HV and 296-453.5HV for the Ti-Si-B and Ti-Zr-Si-B alloys, respectively, which were increased with increasing quantity of Ti6Si2B in the microstructure, but without any significant change with the addition of Zr. The wear coefficients ranged from 9.14.10-5 to 7.84.10-7 mm³/N.m, where the Ti-2Zr-6Si-3B alloy presented the lowest values of volume loss, worn depth and wear coefficient. A gain in wear resistance was observed with the increase of Ti6Si2B in the alloy's microstructure, and a direct relationship with Vickers microhardness, due to the greater quantity of hard phases. The addition of zirconium provided a significant increase in wear resistance compared to ternary alloys. Two- and three-body abrasive wear mechanisms were more pronounced in alloys richer in Si and B, as well as the occurrence of adhesion wear mechanisms. |
Palavras-chave: | ligas de titânio; desgaste; microabrasivo; tatamento térmico. |
Área(s) do CNPq: | ENGENHARIAS |
Idioma: | por |
País: | Brasil |
Instituição: | Universidade Federal de Alfenas |
Sigla da instituição: | UNIFAL-MG |
Departamento: | Instituto de Ciência e Tecnologia |
Programa: | Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais |
Citação: | LOPES, Diogo Plachi. Avaliação da resistência ao desgaste microabrasivo de ligas de Ti-Si-B e Ti-Zr-Si-B tratadas termicamente pela técnica ball cratering. 2024. 96 f. Dissertação (Mestrado em Ciência e Engenharia de Materiais) - Universidade Federal de Alfenas, Poços de Caldas, MG, 2024. |
Tipo de acesso: | Acesso Aberto |
URI: | https://bdtd.unifal-mg.edu.br:8443/handle/tede/2384 |
Data de defesa: | 26-Jan-2024 |
Aparece nas coleções: | Mestrado |
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