Caracterización microestructural de aleaciones Ti-Mo-X (Fe, Cr)

Abstract

[EN] Titanium alloys are becoming harder due to the multitude of applications and uses that are being implemented in recent years. It is well known in alloys aerospace, sports equipment, automotive and biomedical sector in the field of implantology. Its high mechanical and especially their biocompatibility properties are the strengths of this type of alloys in this area.

The project is carried out concerns the investigation of alloys Ti-15Mo, chosen according to their presumed beta and low elastic modulus. Molybdenum is a well-known beta element chosen for its ability to stabilize the beta phase, in addition to their good properties in terms of strength and toughness. Additionally, in order to expand the possibilities of stabilization of the beta phase, we decide to study the addition of small amounts of other beta elements such chromium and iron and study their influence on the mechanical parameters, relating them to their microstructure. The challenge of the work is to obtain specimens by working with powder technology. Powder metallurgy is one of the most interesting techniques for processing titanium because of its high reactivity and high melting temperature, which makes other techniques more expensive and opens a new window for the study of these alloys oriented use in biomedicine.

The study results show a decrease in mechanical properties and an increase in brittleness when beta elements are added, results that are higher in the case of the addition of iron compared to the addition of chromium.

While the percentage of beta phase increases in both cases with the addition of beta elements, this increase does not mean an increase in homogeneity. In case of the addition of chromium, the porosity remains unchanged compared with the Ti-15Mo alloy, while the addition of iron means that the porosity increases greatly with the appearance of sizeable macropores.

[ES] Las aleaciones de titanio cobran cada vez más fuerza debido a la multitud de aplicaciones y usos en los que se están implantando en los últimos años. Se trata de aleaciones de sobra conocidas en el sector aeroespacial, de equipamiento deportivo, sector de la automoción y en el sector biomédico en el campo de la implantología. Sus elevadas propiedades mecánicas y especialmente su biocompatibilidad, son los puntos fuertes de este tipo de aleaciones en este ámbito. El proyecto que se lleva a cabo tiene por objeto la investigación acerca de las aleaciones de Ti-15Mo, elegidas de acuerdo con su presumible fase beta y su bajo módulo elástico. El molibdeno es un conocido elemento betágeno escogido por su capacidad de estabilizar la fase beta, además de sus buenas propiedades en cuanto a resistencia y tenacidad. Adicionalmente, con tal de ampliar las posibilidades de estabilización de la fase beta, se decide estudiar la adición en pequeñas cantidades de otros elementos betágenos como son el cromo y hierro y estudiar su influencia sobre los parámetros mecánicos, relacionándolos con su microestructura. El reto del trabajo es la obtención de las probetas mediante el trabajo con tecnología de polvos. La pulvimetalurgia es una de las técnicas de procesado más interesantes para el titanio, dada su alta reactividad y su alta temperatura de fusión, que hace que otras técnicas sean más costosas abriendo una nueva vía para el estudio de estas aleaciones orientadas a su uso en el campo de la biomedicina.

Los resultados del estudio apuntan a una disminución de las propiedades mecánicas así como a un aumento de la fragilidad en las aleaciones con la adición de elementos betágenos, siendo los resultados más acusados para el caso de la adición de hierro en comparación con la adición de cromo. Si bien es cierto que el porcentaje de fase beta aumenta en ambos casos con la adición de elementos betágenos, este aumento no se traduce en un incremento de la homogeneidad ya que para el caso de la adición de cromo la porosidad se mantiene sin cambios con respecto a la aleación Ti-15Mo, mientras que para la adición de hierro la porosidad aumenta considerablemente con la aparición de macroporos de tamaño considerable.

[CA] Els aliatges de titani cobren cada vegada més força a causa de la multitud d'aplicacions i usos en els que s'estan implantant en els últims anys. Es tracta d'aliatges de sobres conegudes en el sector aeroespacial, d'equipament esportiu, sector de l'automoció i en el sector biomèdic en el camp de la implantologia. Les seves elevades propietats mecàniques i especialment la seva biocompatibilitat, són els punts forts d'aquest tipus d'aliatges en aquest àmbit. El projecte que es porta a terme té per objecte la investigació sobre les aliatges de Ti-15Mo, elegides d'acord amb la seva presumible fase beta i el seu baix mòdul elàstic. El molibdè és un conegut element betàgen escollit per la seva capacitat d'estabilitzar la fase beta, a més de les seves bones propietats en quant a resistència i tenacitat. Addicionalment, per tal d'ampliar les possibilitats d'estabilització de la fase beta, es decideix estudiar l'addició en petites quantitats d'altres elements betàgens com són el crom i ferro i estudiar la seva influència sobre els paràmetres mecànics, relacionant-los amb la seva microestructura. El repte del treball és l'obtenció de les provetes mitjançant el treball amb tecnologia de pols. La pulverimetal•lúrgia és una de les tècniques de processat més interessants per al titani, donada la seva alta reactivitat i la seva alta temperatura de fusió, que fa que altres tècniques siguin més costoses obrint una nova via per a l'estudi d'aquests aliatges orientades a l'ús en el camp de la biomedicina. Els resultats de l'estudi apunten a una disminució de les propietats mecàniques així com a un augment de la fragilitat en els aliatges amb l'addició d'elements betàgens, sent els resultats més acusats pel cas de l'addició de ferro en comparació amb l'addició de crom. Si bé és cert que el percentatge de fase beta augmenta en ambdós casos amb l'addició d'elements betàgens, aquest augment no es tradueix en un increment de l'homogeneïtat ja que per al cas de l'addició de crom la porositat es manté sense canvis respecte a l'aliatge Ti-15Mo, mentre que per l'addició de ferro la porositat augmenta considerablement amb l'aparició de macroporus de mida considerable.