65ª Reunião Anual da SBPC

B. Engenharias - 1. Engenharia - 4. Engenharia de Materiais e Metalúrgica

ESTUDO DO COMPORTAMENTO PLÁSTICO DO AÇO INOXIDÁVEL AUSTENÍTICO ASTM F138 ATRAVÉS DE SOFTWARES DE SIMULAÇÃO NUMÉRICA.

Maciléia Guimarães Brito - Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Maranhão Alexsandra dos Anjos Silva Nascimento - Profa. MSc./Orientadora - IFMA

INTRODUÇÃO:

No início da década passada os gastos do SUS com ortopedia totalizaram cerca de 60 milhões de reais, com 6.337 itens (exceto insumos) fornecidos por 39 empresas e preços de lista variando entre R$ 3,17 e R$ 48.000,00. Somente o procedimento de artroplastia total de quadril gerou - no âmbito do SUS - quase 10 mil internações e um gasto total de quase R$ 30 milhões para a compra de próteses. Estes números não refletem a demanda real por estes serviços, uma vez que com o aumento continuado da longevidade do brasileiro, haverá necessidade de se ampliar a oferta desta tecnologia [1]. Dentre os materiais adequados a aplicações ortopédicas, os metais apresentam a melhor relação entre propriedades mecânicas e biocompatibilidade, sendo assim os preferidos para aplicações que envolvem solicitações mecânicas. Os produtos fabricados são em sua maioria de aço inoxidável, principalmente o aço 316L, sendo a "Villares Metals" o maior fornecedor dessa matéria prima [1,2]. Aços inoxidáveis austeníticos vêm sendo utilizados por mais de meio século na manufatura de implantes ortopédicos permanentes ou temporários, em especial o aço ASTM F 138 devido a suas propriedades mecânicas e resistência à corrosão, adequadas para a maioria das aplicações ortopédicas.

OBJETIVO DO TRABALHO:

O objetivo central deste trabalho é estudar as curvas de escoamento plástico para que juntamente com estes dados permitir, através de softwares de simulação numérica, projetar deformações que conduzam a microestruturas adequadas a produtos forjados.

MÉTODOS:

O material utilizado para a realização deste trabalho foi o aço inoxidável austenítico ASTM F138 utilizado na fabricação de implantes ortopédicos. O aço foi fornecido pela Baumer S/A na forma de barras laminadas com diâmetro de 15,87mm (5/8 de polegada). O aço ASTM F 138 foi recebido na forma laminado a quente, sendo posteriormente solubilizado em laboratório, seguindo as condições de tempo e temperatura utilizadas na solubilização. O material foi produzido pelo processo de fusão em forno de indução sob vácuo (Vacum Induction Melting - V.I.M.). Posteriormente, o material foi refundido pelo processo de refusão sob escória eletrocondutora (Electro Slag Remelting - E.S.R.). Esse último processo tem por objetivo um controle mais rigoroso de heterogeneidades indesejáveis na microestrutura, tais como segregações e concentração de inclusões. Os corpos de prova através de ensaios termomecânico de torção a quente foram submetidos a temperaturas de 900, 1000, 1100 e 1200°C com taxas de deformação de 0,1, 1 e 5 s-1. Durante a deformação, a temperatura da amostra foi monitorada e controlada pelo sistema de controle de temperatura acoplado ao microcomputador. Após o ensaio foram executados curvas de escoamento plástico através de software de simulação numérica.

RESULTADOS E DISCUSSÃO:

Os resultados apresentam conjuntos de curvas de escoamento plásticos obtidas a partir de experimentos realizados com o aço inoxidável austenítico ASTM F138. Percebe-se nestas curvas que a tensão aumenta com a deformação imposta até atingir um máximo, decrescendo em seguida e podendo ou não alcançar o estado estacionário, denotando um comportamento típico de materiais metálicos, onde as curvas apresentam uma região de encruamento seguida de um amaciamento após um pico de tensão. Antes da tensão de pico, nota-se uma mudança na inclinação das curvas de escoamento plástico, indicando que a taxa de encruamento diminui à medida que os mecanismos de restauração começam a atuar. Ao atingir a tensão de pico, nota-se uma queda na tensão aplicada durante a deformação, caracterizando o processo de recristalização dinâmica. Durante o estado estacionário ocorre recristalização dinâmica uniforme e bem distribuída, mantendo a tensão constante com a temperatura. As formas das curvas de escoamento plástico são alteradas conforme a temperatura de ensaio decresce, podendo apresentar curvas típicas de materiais que recristalizam dinamicamente, em altas temperaturas.

CONCLUSÕES:

Baseado nas simulações dos ensaios de torção a quente para determinação das curvas de escoamento do aço inoxidável austenítico ASTM F138, pode-se concluir: Os ensaios isotérmicos contínuos apresentaram aumento de valores de tensão de pico com a diminuição da temperatura. Para deformações em temperaturas elevadas, a curva apresentou um pico máximo e depois sofreu amaciamento; As curvas de escoamento plástico mostradas neste trabalho indicam que o comportamento mecânico desse aço é sensível a variações na taxa de deformação e variam significativamente em função da temperatura de deformação; Os valores da tensão e deformação de pico ensaiados experimentalmente são próximos aos valores calculados, levando a concluir que a equação obtida para tensão e deformação de pico, pode ser válida para qualquer temperatura e taxa de deformação imposta para o aço inoxidável austenítico ASTM F138 na condição a quente.

Palavras-chave: Aço Inoxidável F138;, Implantes Ortopédicos;, Escoamento plástico..