5.1. Conclusões
O presente trabalho teve como meta examinar a microestrutura e propriedades mecânicas de ligas do sistema Ti-Nb contendo níveis variáveis de Sn. Os resultados obtidos permitem tecer as seguintes conclusões:
a. O procedimento experimental empregado para se obter as ligas Ti-Nb-Sn, em particular a fusão a arco e o forjamento rotativo, mostraram ser altamente eficientes, permitindo obter ligas com composições variadas e quimicamente homogêneas, mesmo tendo o Sn baixo ponto de fusão;
b. O dispositivo experimental utilizado nos experimentos de resfriamento contínuo permitiu obter taxas de resfriamento entre 3,6 a 169,27oC/s. Tal tipo de experimento permitiu correlacionar a taxa de resfriamento, composição e a microestrutura final das amostras. As análises microestruturais das ligas do sistema Ti- Nb-Sn estudadas mostraram que a taxa de resfriamento aplicada a amostras a partir de altas temperaturas é fundamental na definição da microestrutura. A partir da
extremidade resfriada mais rapidamente (em contato com a água) obteve-se microestrutura combinada da fase β e da martensita α”. À medida que a taxa de resfriamento diminuiu com o distanciamento das regiões em relação à extremidade resfriada, a fase martensítica α” surgiu em menor fração volumétrica e sob o resfriamento mais lento, observou-se que a microestrutura é formada pela fase β com precipitados da fase α e também, evidências de precipitação da fase ω. Esta ocorreu para ligas com 25 % em peso de Nb e 2 % em peso de Sn. Foi observado também que ligas contendo altos teores de Nb e Sn inibem a formação da fase martensítica. Os resultados obtidos ainda permitem afirmar que o elemento Sn, quando combinado com o Nb, atua como agente estabilizador da fase β. Tais resultados estão em concordância com o modelo de “orbitais moleculares”. O uso de tal modelo aparenta ser eficiente no projeto ligas de Ti tipo β com propriedades mecânicas otimizadas para fabricação de implantes ortopédicos;
c. As transformações de fase decorrentes da decomposição da martensita ortorrômbica foram estudadas por meio de ensaios de calorimetria diferencial de varredura (DSC) e de difração de raios-X em altas temperaturas. Os resultados obtidos nesses ensaios permitiram avaliar detalhes das transformações de fases envolvidas em tratamentos térmicos de envelhecimento. Os ensaios de DSC permitiram obter informações sobre a seqüência de eventos (decomposição da fase α”, transformação reversa em fase β e precipitação das fases ω e α) e principalmente, determinar de forma aproximada, as temperaturas de decomposição da fase α” e a temperatura de transformação alotrópica β-transus. Por meio de difração de raios-X em médias temperaturas, confirmou-se que a fase α” exibe transformação reversa α” → β e que a presença da fase β permite a nucleação da fase ω, que serve de substrato na nucleação heterogênea da fase α;
d. Os resultados obtidos da decomposição da martensita em médias temperaturas indicam ainda que a presença de Sn pode suprimir a formação da fase ω. Em relação à fase α, está se precipita preferencialmente no contorno de grão em ligas com baixos
teores dos elementos Nb e Sn. O aumento da quantidade desses elementos faz com que a fase α surja finamente precipitada na matriz β. A dureza Vickers e o módulo de elasticidade elevam-se à medida que as fases α e ω surgem na microestrutura. A elevação da temperatura na faixa de 400 a 500ºC pode conduzir a microestruturas formadas pelas fases α e β. A adição de Sn pode ser utilizada no controle e otimização da precipitação de ambas as fases e também da supressão da fase ω;
e. Ensaios acústicos, de dureza Vickers e de tração mostraram que a taxa de resfriamento afeta de maneira fundamental o comportamento mecânico das amostras. Ligas com 25% de Nb e 2% de Sn, resfriadas a partir de 1.000ºC ao ar, exibem valores do módulo de elasticidade e de dureza Vickers significativamente superiores aos valores obtidos em amostras resfriadas em água. Tal fato se deve principalmente à presença da fase α nas microestruturas obtidas com o resfriamento mais lento. Os resultados obtidos dos ensaios de tração indicam que a liga resfriada de forma mais lenta apresenta maior limite de resistência à tração e inferior nível de ductilidade, o que está associado à precipitação da fase α junto aos contornos de grão da fase β e eventual presença da fase ω na microestrutura. De forma geral, à medida que altos valores de resistência à tração são obtidos, a ductilidade é reduzida drasticamente, principalmente pela precipitação da fase α. Além disso, concluiu-se ser virtualmente impossível obter alta resistência mecânica sem aumento expressivo do módulo de elasticidade por meio de tratamentos térmicos de envelhecimento. Ligas com 30 e 35% em peso de Nb e 4 e 8% em peso de Sn não mostraram mudanças significativas nos valores de limite de resistência à tração e de escoamento;
f. Os ensaios de fadiga mostraram que amostras das nove composições apresentaram limite de resistência à fadiga inferior ao da liga Ti-6Al-4V. Tais amostras foram submetidas a tratamentos térmicos que resultaram na precipitação da fase α em matriz β. A liga Ti-25Nb-2Sn apresentou o maior limite de resistência à fadiga, 258,4 MPa e o maior limite de resistência à tração, 930,9 MPa, o que confirma que esta liga, resfriada de forma mais lenta, apresenta fases mais frágeis que a fase β. A análise das superfícies de fratura das amostras da liga Ti-25Nb-2Sn mostra caráter mais frágil com
micromecanismo de fratura essencialmente intergranular. Sob maior ampliação, foram observados dimples distribuídos no interior dos grãos cristalinos. Essa fragilidade esta associada à presença da fase α ao longo dos contornos e também, da formação da fase ω. As amostras com quantidades maiores de β-estabilizadores apresentaram superfícies de fratura que indicam comportamento mais dúctil, com a presença de dimples mais visíveis.
5.2. Trabalhos Futuros
Os resultados obtidos nesse trabalho permitem sugerir a continuação do mesmo por meio das seguintes linhas de pesquisa:
a. Avaliação do efeito de tratamentos térmicos de envelhecimento, com temperaturas e períodos de tempo controlados, nas propriedades mecânicas e propriedades de fadiga das ligas Ti-Nb-Sn;
b. Avaliação do efeito de tratamentos térmicos de envelhecimento em amostras solubilizadas e deformadas a frio, com análises de detalhes da decomposição da martensita e da recristalização em ligas Ti-Nb-Sn;
c. Avaliação do comportamento de fadiga em meios corrosivos que simulem fluidos fisiológicos;
d. Avaliação de toxicidade de partículas resultantes de desgaste de ligas Ti-Nb- Sn.