O presente trabalho avaliou a resistência à corrosão localizada de dois aços inoxidáveis austeníticos utilizados na fabricação de implantes ortopédicos: o aço ASTM F138, material metálico atualmente mais utilizado em aplicações ortopédicas e o aço ISO 5832-9, aço com adição de nióbio e nitrogênio e que vem sendo apontado como uma alternativa para a substituição do aço F138, para aplicações mais severas de carregamento e tempo de permanência no interior do corpo humano. Ensaios de polarização mostraram que o aço ISO 5832-9 apresenta resistência à corrosão localizada muito superior à do aço F138. O potencial crítico de pite do aço ISO 5832-9 não foi observado na curva de polarização cíclica até o potencial de transpassivação do material. O ensaio potenciostático de corrosão por risco confirmou a superioridade do aço ISO 5832-9. Observou-se a reconstituição do filme passivo danificado mecanicamente, mesmo em potenciais tão elevados como 800 mV SCE. Análises por microscopia eletrônica de varredura confirmaram a presença de pites de corrosão de crescimento estável, na superfície da amostra de aço F 138, e a ausência desses pites, na amostra do aço ISO 5832-9. A maior resistência à corrosão localizada do aço ISO 5832-9 é, principalmente, atribuída ao aumento da estabilidade do filme passivo, sendo favorecida pela presença do nitrogênio em solução sólida intersticial, na austenita desse aço.

Potentiodynamic and potentiostatic polarization measurements were conducted in 0.9% NaCl solution to investigate the localized corrosion susceptibility of two austenitic stainless steel biomaterials: a low nitrogen, according to ASTM F 138 - the metallic material most widely utilized today in orthopedic applications; and a nitrogen- and niobium-bearing stainless steel, according to ISO 5832-9, which has shown a promising potential as a substitute of the F 138 steel for more severe loading applications and longer times inside the human body. The polarization tests revealed that the ISO 5832-9 steel is more corrosion resistant than the F 138. The critical pitting potential of the ISO 5832-9 steel could not be observed in the cyclic polarization curve up to the value of potential corresponding to its transpassivity. The potentiostatic scratch test confirmed the superiority of the ISO 5832-9 steel, which heal the mechanically damaged passive film at applied potential as high as 800 mV (SCE). Scanning electron microscopy (SEM) examination confirmed the presence of corrosion pits - lacelike pits - in a stable growth stage on the surface of F 138 steel and the absence of such pits in the specimens of the ISO 5832-9 steel. The higher corrosion resistance of the latter is attributed to the increased stability of the passive film and the high tendency to repassivate, which, in turn, is favored by the presence of nitrogen in interstitial solid solution in the austenite of this type of steel.

Embora o aço inoxidável austenítico tipo ASTM F 138 seja o material metálico mais utilizado na fabricação de implantes ortopédicos, alguns aspectos como baixa resistência mecânica, quando na condição recozido, e suscetibilidade à corrosão localizada limitam o emprego mais amplo desse material. Recentemente, o aço inoxidável austenítico com alto nitrogênio de classificação ISO 5832-9 vem sendo indicado como substituto ao F 138, principalmente para aplicações mais críticas, envolvendo carregamentos mais severos e longos períodos de permanência no interior do corpo humano. Nesse trabalho, fez-se a caracterização das microestruturas dos dois aços, avaliaram-se, comparativamente, as propriedades mecânicas básicas, as propriedades de corrosão e de fadiga dos dois aços. O aço ISO 5832-9 apresentou comportamentos mecânico e eletroquímico bastante superior ao aço ASTM F138. A combinação dessas características rendeu a esse material melhor desempenho em fadiga em meio neutro e em meio agressivo. Avalia-se o papel do nitrogênio, tanto em solução sólida, quanto combinado com o nióbio formando a fase Z, e discutem-se os fatores que levam à superioridade nas propriedades do aço ISO 5832-9.

ASTM F 138 austenitic stainless steel is extensively used as an orthopedic implant material. However, some aspects, such as low strength in the annealed condition and susceptibility to localized corrosion, limit wider use of this kind of steel. Recently, a high-nitrogen austenitic stainless steel, specified in the standard ISO 5832-9, has been indicated as an alternative to ASTM F 138 steel for more severe loading and permanent application inside the human body. In this work, microstructure, mechanical properties, corrosion resistance and fatigue behavior of both steels were determined and compared. ISO 5832-9 steel displayed better mechanical and corrosion behaviors than did ASTM F 138 steel. The combination of these features lead ISO steel to enhanced fatigue performance in both neutral and aggressive environments. Analyzed were the role of nitrogen in solid solution, combined with niobium in the Z-phase, and the factors that led to superior ISO 5832-9 properties.

A reutilização dos materiais recicláveis tem como principais objetivos minimizar os impactos ambientais e racionalizar a utilização das cadeias energéticas, sendo que essa prática deverá, com toda a certeza, ser cada vez mais implementada à medida que o mundo moderno avança. No presente trabalho, foram sinterizadas amostras de misturas de cavacos de aço inoxidável da série 316, com pó do mesmo material. Nesse caso, a porcentagem de cavaco variou de zero a 25% em peso, de 5 em 5%. Após a compactação, na pressão de 600MPa, as amostras foram sinterizadas todas elas ao mesmo tempo, numa só fornada na temperatura de 1473 K. O comportamento mecânico do produto final foi avaliado através de Ensaios de Ruptura Transversal recomendados e normalizados pela MPIF - Metal Powder Industries Federation e pela ASTM. As análises efetuadas pela Metalografia Quantitativa Convencional das amostras sinterizadas demonstraram regiões de intensa difusão, portanto regiões de sinterização de longo alcance. A resistência mecânica dos corpos-de-prova foi comparada com a resistência mecânica do aço inoxidável sinterizado, sem cavaco. Os resultados obtidos foram muito acima do esperado, demonstrando a viabilidade desse novo procedimento.

The reuse of materials has as its main objective to minimize environmental impacts and to rationalize the use of energy chains. In the present work, samples of scraps of 316 stainless steel mixed with powder of the same material were sintered. For this case, the percentage of scrap was varied from zero to 25% in weight, with 5% increases. After compacting, under a pressure of 600MPa, the samples were sintered simultaneously at a temperature of 1473 K. The mechanical behavior of the final product was evaluated through Assays of Transversal Rupture recommended and normalized by the MPIF - Metal Powder Industries Federation. Using Conventional Quantitative Metallography, the analyses of the sintered samples demonstrated regions of intense diffusion, therefore, regions of sufficiently intense sintering. The mechanical resistance of the samples was compared with the mechanical resistance of the sintered stainless steel with no scrap. The results were greater than expected, demonstrating the viability of this new procedure.

En aplicaciones de la Mecánica de Fractura, el método de Elementos de Borde ("Boundary Element Method") es un método numérico que tiene ventajas comparado con el método de Elementos Finitos; sin embargo, su difusión está aún muy restringida a pesar de ser una técnica suficientemente madura. El parámetro de campo K I (factor de intensidad de tensiones en modo I), es el principal parámetro de la mecánica de fractura elástico lineal. Para el modelado por elementos de Borde de una fisura aguda es necesario usar técnicas especiales para evitar el aparecimiento de matrices singulares, en este trabajo se utilizó el método "Dual Boundary" en modelado bidimensional para materiales isotropicos, los factores de intensidad de tensiones fueron estimados usando el método "crack tip opening displacement" (desplazamiento de abertura de la punta de la fisura). Los tipos de probetas modelados fueron "Single Edge Notch Tension", SE(T), "Double Edge Notch Tension", DE(T), y "Middle Tension", M(T). Los resultados obtenidos muestran una buena correlación con los resultados analíticos y con los relatados en la literatura.

Este trabalho propõe um modelo para avaliar pontualmente as variações de tenacidade à fratura ao longo da camada cementada de um aço SAE 5115. A pequena espessura dessas camadas impede a retirada de corpos de prova nas dimensões especificadas pelas normas de ensaios de tenacidade à fratura. Assim, para simular uma camada cementada retirou-se corpos-de-prova de tração e de tenacidade à fratura de amostras de aços SAE 5115, 5140, 5160 e 52100 assumindo a influência local apenas da variação do teor de carbono e considerando que os teores dos demais elementos de liga são essencialmente constantes. Os corpos-de-prova após eletrodeposição de cobre foram tratados termicamente em forno numa carga industrial de cementação, têmpera e revenimento para serem submetidos aos efeitos térmicos sem absorção de carbono. Os resultados da análise microestrutural, dos ensaios de microdureza, de tração e de tenacidade à fratura foram agrupados em um único gráfico e comparados com o perfil de cementação de peças de aço SAE 5115 tratadas nas mesmas condições. Foi confirmado que a tenacidade à fratura varia inversamente proporcional à microdureza (HV1) e que a previsão do comportamento de uma trinca numa camada cementada pode ser feita por meio de equação ou diagrama que relacionam a microdureza HV1 com a tenacidade à fratura (K IC ou CTOD C).

The purpose of this work is to propose a model for evaluating the fracture toughness along the SAE 5115 steel carburized layer. Due to the small thickness of those layers, it is impossible to machine specimens from those layer in accordance with standards. For simulating the microstructures of the carburized layer in order to get samples for tensile and the fracture toughness testing, specimens of SAE 5115, 5140, 5160, and 52100 steels have been machined, assuming the local influence just the variation of the content of carbon and considering that the contents of the other alloy elements are essentially constant. The specimens after electroplated copper layer were heat treated in an industrial load of carburizing, quenching, and tempering for they be submitted to the thermal effects without absorption of carbon. The results of the microstructure analysis and microhardness, tension, and fracture toughness tests were placed in a single graph and compared with the profile of the carburizing of the steel SAE 5115 heat treated in the same conditions. It was confirmed that the fracture toughness varies inversely proportional to the microhardness (HV1) and that the forecast of the behavior of a crack in a carburized layer can be made through equation or it designs that relate the microhardness (HV1) with the fracture toughness (K IC or CTOD C).