Influência do processo de usinagem na integridade superficial e propriedades da liga de aço inoxidável austenítico ASTM F138 aplicado em próteses

Abstract

Em aplicações biomédicas, a integridade superficial de implantes pode ser fundamental para seu bom desempenho quando em contato com tecidos e fluidos corpóreos. Estudou-se a influência da etapa de usinagem na fabricação de implantes em aço inoxidável austenítico ASTM F138 no acabamento e características de corrosão. Foram realizados ensaios de usinagem pelo processo de torneamento em barras redondas de aço inoxidável austenítico ASTM F138, com diferentes parâmetros de avanço de ferramenta e profundidade de corte. Metade das barras foram submetidas posteriormente a processo robotizado padrão industrial de polimento. Miscrocopia óptica e eletrônica de varredura, bem como análise da composição química foram utilizadas na caracterização inicial do material. Avaliação macroscópica e rugosimetria foi realizada para verificar a influência da usinagem e do polimento no acabamento superficial. Medições de microdureza Vickers e metalografia óptica da região subsuperficial, a fim de avaliar a deformação e consequentes gradientes de dureza. Ensaios de polarização potenciodinâmica e voltametria cíclica para verificar a resistência à formação de pites e restabelecimento da formação do filme passivador. Difração de raios-X foi realizada para verificar a formação de martensita na região subsuperficial. A influência das diferentes condições de fabricação foram discutidas, também com base em observações práticas do processo. No torneamento, a utilização de menores avanços e profundidades de corte gerou os melhores resultados, tanto no acabamento, quanto nas características corrosivas. Duas condições similares de rugosidade podem ser conseguidas com diferentes parâmetros de tornamento após polimento, porém as propriedades subsuperficiais impactam significamente o comportamento em corrosão. Concluiu-se que há necessidade de um cuidado especial com relação a escolha dos parâmetros de usinagem, mesmo com posterior polimento, a fim de garantir um comportamento aceitável de produtos biomédicos em aços inoxidável austenítico.

In biomedical applications, the surface integrity of implants can be critical for their good performance when in contact with tissues and body fluids. The influence of the machining step in the fabrication of ASTM F138 austenitic stainless steel implants on the finish and corrosion characteristics was studied. Machining tests were carried out by the turning process on ASTM F138 austenitic stainless steel round bars, with different parameters of tool feed and depth of cut. Half of the bars were subsequently subjected to a standard industrial robotic polishing process. Optical and scanning electron microscopy, as well as chemical composition analysis were used in the initial characterization of the material. Macroscopic evaluation and roughness was performed to verify the influence of machining and polishing on the surface finish. Vickers microhardness measurements and optical metallography of the subsurface region, in order to evaluate the deformation and consequent hardness gradients. Potentiodynamic polarization and cyclic voltammetry tests to verify resistance to pitting and restoration of passivation film formation. X-ray diffraction was performed to verify the formation of martensite in the subsurface region. The influence of different manufacturing conditions was discussed, also based on practical observations of the process. In machining turning, the use of smaller feeds and depths of cut generated the best results, both in the finish and in the corrosive characteristics. Two similar roughness conditions can be achieved with different turning parameters after polishing, but the subsurface properties significantly impact corrosion behavior. It was concluded that there is a need for special care regarding the choice of machining parameters, even with subsequent polishing, in order to guarantee an acceptable behavior of biomedical products in austenitic stainless steels.