Processamento por metalurgia do pó e caracterização de compósitos da liga Ti-13Nb-13Zr reforçados com TiC
| dc.contributor.advisor-co1 | Henriques., Vinicius André Rodrigues | |
| dc.contributor.advisor-co1Lattes | lattes.cnpq.br | pt_BR |
| dc.contributor.advisor1 | Hupalo, Marcio Ferreira | |
| dc.contributor.advisor1Lattes | lattes.cnpq.br | pt_BR |
| dc.contributor.instituicao-banca1 | Universidade Tecnológica Federal do Paraná | pt_BR |
| dc.contributor.instituicao-banca2 | Universidade Tecnológica Federal do Paraná | pt_BR |
| dc.contributor.instituicao-banca3 | Universidade Estadual de Ponta Grossa | pt_BR |
| dc.contributor.instituicao-co1 | Universidade Estadual de Ponta Grossa | pt_BR |
| dc.contributor.referee1 | Holzmann, Henrique Ajuz | |
| dc.contributor.referee2 | Mazur , Viviane Teleginski | |
| dc.contributor.referee2Lattes | lattes.cnpq.br | pt_BR |
| dc.contributor.referee3 | Kubaski , Evaldo Toniolo | |
| dc.contributor.referee3Lattes | lattes.cnpq.br | pt_BR |
| dc.creator | Lemos, Guilherme | |
| dc.creator.Lattes | lattes.cnpq.br | pt_BR |
| dc.date.accessioned | 2025-06-13T12:27:40Z | |
| dc.date.accessioned | 2026-06-29T14:34:15Z | |
| dc.date.available | 2025-06-13T00:00:00Z | |
| dc.date.available | 2025-06-13T12:27:40Z | |
| dc.date.issued | 2024-12-18 | |
| dc.description.abstract | This research aims at the development of composites of the metallic matrix of titanium alloy Ti-13Nb-13Zr via powder metallurgy with titanium carbide reinforcement. The titanium alloys are applied in situations which require low density and high mechanical resistance (150MPa to 1200MPa yield point). This combination of properties is called specific resistance and is an important factor to be considered in projects in the aerospace industry. The oxidation/corrosion resistance of these alloys allow them to operate at temperatures up to 500°C. Some titanium alloys can be employed in implants since they do not usually react with body fluids and their modulus of elasticity is closer to that of the bone when compared to other alloys. One of the few disadvantages of titanium alloys is their low resistance to wear. Therefore, to minimize tribological problems and increase mechanical resistance, composites of the titanium metallic matrix with ceramic reinforcement have been produced. In this study, composites of the titanium alloy Ti-13Nb-13Zr with TiC (0 to 20% mass fractions) addition were produced. Initially, the raw material (metallic hydrates and titanium carbide) powders were characterized, the D(50) particle sizes found were smaller than 10 m; the powder morphologies were angular, faceted and rod-like shaped (NbH); the X-ray diffraction results showed only peaks of the powders analyzed. The densifications of the materials characterized at 1400°C ranged between 93% and 95.5%. The chemical composition of the monolithic sample presented coherent results, as follows: 13.3% niobium, 12.2% zircon, and 0.3% iron; the composition was used to obtain the thermodynamic calculation. Regarding the sintered samples, the quantification of phases using X-ray diffraction showed coherent results, namely, monolithic sample: 53.4% alpha phase (HC) and 46.6% beta phase (CCC); with the TiC reinforcement additions, the beta phase kept values close to 41-43%, while the alpha phase reduced from 46.5% to 35.7% with the reinforcement additions in the 20% TiC sample. The characterizations using optical microscopy and scanning electron microscopy showed the matrix microstructure, with morphology of the Widmanstätten type presenting carbides dispersed throughout the matrix (in lower amounts), while in larger amounts, a reinforcement network tended to form around the Widmanstätten cells. Another finding was that a microstructure refinement occurs when the TiC amount is increased, a reduction in the alpha phase regions was observed, which agrees with the X-ray diffraction results. The EDS analysis results showed niobium preferentially partitioned in the beta phase, while zirconium tended to be the neutral element, but in the presence of niobium, the partitioning was favorable to the beta phase. The Vickers hardness results pointed out a significant improvement from 350HV-2 in the monolithic sample and an increase of around 475-500HV-2 in the composites. The composites with intermediate amounts of TiC (5% and 10%) showed the best tribological properties. | pt_BR |
| dc.description.resumo | 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 10m; 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. | pt_BR |
| dc.description.sponsorship | Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico | pt_BR |
| dc.identifier.citation | LEMOS, Guilherme. Processamento por metalurgia do pó e caracterização de compósitos da liga Ti-13Nb-13Zr reforçados com TiC. 2025. Tese (Doutorado em Engenharia e Ciência de Materiais), Universidade Estadual de Ponta Grossa, Ponta Grossa, 2024. | pt_BR |
| dc.identifier.uri | https://ri.uepg.br/handle/123456789/2331 | |
| dc.language | por | pt_BR |
| dc.publisher | Universidade Estadual de Ponta Grossa | pt_BR |
| dc.publisher.country | Brasil | pt_BR |
| dc.publisher.department | Departamento de Engenharia de Materiais | pt_BR |
| dc.publisher.initials | UEPG | pt_BR |
| dc.publisher.program | Programa de Pós-Graduação em Engenharia e Ciências de Materiais | pt_BR |
| dc.rights | Acesso Aberto | pt_BR |
| dc.rights | Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil | |
| dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/ | |
| dc.subject | Compósitos de ligas de titânio | pt_BR |
| dc.subject | Liga Ti-13Nb-13Zr | pt_BR |
| dc.subject | Carboneto de titânio | pt_BR |
| dc.subject | Metalurgia do pó | pt_BR |
| dc.subject | Titanium alloy composites | pt_BR |
| dc.subject | Ti-13Nb-13Zr alloy | pt_BR |
| dc.subject | titanium carbide | pt_BR |
| dc.subject | Powder metallurgy | pt_BR |
| dc.subject.cnpq | Engenharia de Materiais | pt_BR |
| dc.title | Processamento por metalurgia do pó e caracterização de compósitos da liga Ti-13Nb-13Zr reforçados com TiC | pt_BR |
| dc.type | Tese | pt_BR |
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