Influência do nióbio sobre a microestrutura e a dureza do sistema Ti-15Mo



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3. RESULTADOS E DISCUSSÕES
Os resultados da composição química do sistema Ti-15Mo-xNb foram apresentados por meio do Certificado de Análise AQ11-000208. A Tabela 1 mostra os principais elementos encontrados na análise.
Tabela 1 - Composição química do sistema Ti-15Mo-xNb

Elemento

Ti-15Mo#0

(% p)

Ti-15Mo-5Nb#0

(% p)

Ti-15Mo-10Nb#0

(% p)

Ti-15Mo-15Nb#0

(% p)

Ti-15Mo-20Nb#0

(% p)

Ti

balanço

balanço

balanço

balanço

balanço

Mo

14,98

15,42

14,81

15,13

14,53

Nb

< 0,01

4,98

10,36

15,21

19,13

Al

<0,05

< 0,05

< 0,05

< 0,05

<0,05

Cr

< 0,01

0,07

< 0,01

< 0,01

0,03

Cu

0,11

0,12

0,16

0,12

0,27

Ni

< 0,01

0,03

0,05

0,08

0,10

Fe

0,04

0,08

0,43

0,06

0,08

Mn

0,01

0,01

0,01

0,02

0,03

Si

0,23

0,94

<0,05

0,17

0,60

Zr

0,01

0,01

0,02

0,02

0,02

C

0,17

0,09

0,15

0,31

0,23

S

0,02

0,02

0,02

0,01

0,01

Pode-se observar uma ótima concordância com o valor previsto para a quantidade dos elementos molibdênio e nióbio. Esta pequena diferença com o valor nominal pode ser explicada por pequenas variações de concentração de molibdênio e no nióbio ao longo da amostra, visto que para a verificação da composição química foram feito pó da superfície do lingote. É muito importante ressaltar que a norma ASTM F 2066-08 (2008) estabelece para a liga Ti-15Mo que a composição de molibdênio esteja entre 14,00 e 16,00%p, Desta forma, a liga preparada para este trabalho está de acordo com esta norma, e portanto sendo adequada para o estudo. Quanto as demais ligas do sistema Ti-15Mo-xNb, as ligas não possuem norma técnica, porém em normas técnicas das ligas de titânio, a tolerância é de 1,0%p. Assim, podemos concluir que todas as ligas foram preparadas obedecendo a estequiometria, uma vez que em nenhuma liga a composição dos elementos sempre teve uma tolerância em torno de 0,5%p.

A Tabela 2 apresenta os valores da densidade () obtidos experimentalmente, utilizando o Princípio de Arquimedes.
Tabela 2 – Densidade dos materiais precursores e do sistema Ti-15Mo-XNb.


Liga

ρ teórico

(g.cm-3)

ρ experimental (g.cm-3)

após fusão

ρ experimental (g.cm-3)

(tratada termicamente)

Ti-15Mo

4,99

4,966 ± 0,002

4,971 ± 0,001

Ti-15Mo-5Nb#0

5,1

5,096 ± 0,001

5,100 ± 0,003

Ti-15Mo-10Nb#0

5,24

5,218 ± 0,001

5,247 ± 0,002

Ti-15Mo-15Nb#0

5,38

5,374 ± 0,003

5,374 ± 0,001

Ti-15Mo-20Nb#0

5,53

5,535 ± 0,001

5,536 ± 0,004

Os valores obtidos para a densidade da liga do sistema Ti-15Mo-xNb coincidem com os valores teóricos [LIDE, 1999], o que é mais um indicativo que o cálculo estequiométrico foi realizado de forma satisfatória, corroborando com os resultados de composição química. Após o tratamento térmico não houve variação significativa na densidade das ligas, que é um indicativo que não houve contaminação das amostras durante esse processamento.

Na Figura 2 são mostrados os gráficos da densidade em função da concentração de nióbio, após a fusão (parte a) e após o tratamento térmico (parte b). É possível observar que a relação é linear, ou seja, à medida que se adiciona nióbio aumenta-se linearmente a densidade. Isto é explicado pelo fato de ir se adicionando nióbio que possui uma densidade de cerca de duas vezes mais que a do titânio.

A partir dos difratogramas de raios X podem ser retiradas uma série de informações. A posição dos picos nos fornece informações sobre as dimensões da cela unitária, o sistema cristalino e identificação das fases cristalinas; a intensidade dos picos nos fornece o conteúdo da cela unitária e permite uma analise qualitativa das fases, enquanto a forma e largura dos picos estão relacionadas com o tamanho dos cristalitos e a defeitos na rede. Os difratogramas de raios X comparados para as cinco composições estudadas neste trabalho, após a fusão e tratamento térmico, são mostrados nas partes (a) e (b) da Fig. 3, respectivamente. Pela posição dos picos pode se verificar que estas ligas possuem estrutura cúbica de corpo centrado. Observando os difratogramas comparados, as intensidades dos picos para cada liga são diferentes e isto está relacionado ao conteúdo da cela unitária, onde a medida que se aumentou a concentração de nióbio, houve um aumento na intensidade dos picos, tanto na condição após a fusão e após o tratamento térmico.

A Fig. 5 mostra as micrografias das amostras do sistema Ti-15MoxNb. É possível observar estruturas dendríticas características de metais que passaram por um processo de fusão. Além disso, observa-se que a morfologia de todas as ligas é característica de uma fase predominantemente beta, porém, têm-se diferenças quanto ao tamanho de grãos, estando em acordo com os difratogramas de raios X.

As micrografias para as mesmas amostras, após o tratamento térmico de homogeneização, são mostradas na Fig. 5, onde pode ser observado um grande crescimento dos grãos em relação a condição após fusão, que pode ser explicado pelo fornecimento de energia para a amostra durante o aquecimento, que permitiu o seu crescimento. Pode-se observar ainda, que os ângulos dos contornos de grãos são aproximadamente 120º, característica de materiais em equilíbrio.




(a)

(b)

Figura 2 – Densidade do sistema Ti-15Mo-xNb em função da concentração de nióbio, após a fusão (a) e após o tratamento térmico (b).



(a)


(b)


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