A liga à base de titânio Beta 21S foi desenvolvida para indústria aeroespacial e é conhecida por ser resistente a fluidos hidráulicos aeroespaciais. A liga é utilizada no sistema de exaustão de turbinas e no trem de pouso de aeronaves comerciais. No entanto, essas aplicações não necessitam especificamente da sua propriedade principal. O objetivo do trabalho é avaliar o efeito da substituição de Mo por Nb das ligas Ti-(X)Mo-(Y)Nb-5,6Al-0,5Si (X + Y = 9,5 % at.) nas propriedades mecânicas, resistência à oxidação e estabilidade das microestruturas das ligas modificadas. As condições de processamento das ligas seguiram as seguintes etapas: produção de lingotes por fusão a arco; homogeneização; forjamento rotativo em temperatura ambiente; solubilização e envelhecimento. A caracterização microestrutural das amostras foi realizada por meio de técnicas de microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectrometria por dispersão de energia (EDS), microscopia eletrônica de transmissão (MET) e difratometria de raios X (DRX) com radicação de Cu-Kα. As propriedades mecânicas foram avaliadas por meio da dureza Vickers e ensaios de tração em temperatura ambiente e a 550ºC. Os resultados obtidos mostram que as ligas com substituição de Nb até 4,0 % at. são as mais propensas a trabalhos a frio, apresentando majoritariamente a fase β (CCC) na pré-conformação. A liga com 4,0% at. de Nb precipitou fase ω_a após homogeneização e resfriamento rápido. Esta liga, em especial, se mostrou mecanicamente instável devido à precipitação de α martensítica (ortorrômbica) induzida por deformação plástica durante conformação a frio. A liga com 4,0 % Nb apresentou o melhor resultado de dureza na condição final de processamento (STA). Ensaios de tração em temperatura ambiente da liga 4,0 % at. de Nb na condição STA resultaram em valores maiores de Limite de Resistência à Tração comparados à liga com 1,5 % at. de Nb (Beta-21S), porém com baixa ductilidade (3,5 %). Em temperatura elevada (550 ºC), a liga 4,0Nb apresentou valores de resistência mecânica bem próximos à liga 1,5Nb, com melhores resultados de ductilidade (48,28%), se mostrando uma liga com potencial para aplicação. Nos testes de oxidação ao ar na faixa de 700 a 800 ºC, todas as ligas apresentaram comportamento próximo a um regime de oxidação parabólico. A liga sem Nb (9,5 % at. de Mo) apresenta comportamento atípico em 800 ºC devido principalmente à pouca estabilidade da fase α nesta temperatura e a possibilidade de formação de óxidos voláteis (MoO₃). O produto de oxidação principal foi o rutilo (TiO₂) com a formação de camada externa muito fina de Al₂O₃, para todas as ligas oxidadas ao ar entre 700 e 800 ºC. As energias de ativação calculadas (entre 189 e 226 kJ/mol) refletem mecanismos de oxidação regidos por crescimento de camada de óxido e dissolução de oxigênio no substrato. Com o aumento do teor de Nb ocorre formação de uma camada contínua de nitreto (TiN) na região de subcamada (abaixo de TiO₂), que funciona como barreira de difusão, diminuindo a quantidade de oxigênio dissolvido no substrato e a espessura da camada de TiO₂

Beta 21S titanium-based alloy was developed for the aerospace industry and is known to be resistant to aerospace hydraulic fluids. The alloy is used in the exhaust system of turbines and in the landing gear of commercial aircraft. However, these applications do not specifically need your main property. The aim of this work is to evaluate the effect of replacing Mo by Nb of Ti-(X)Mo-(Y)Nb-5.6Al-0.5Si alloys (X + Y = 9.5 % at.) on the mechanical properties , oxidation resistance and stability of the microstructures of the modified alloys. The alloy processing conditions followed the following steps: production of ingots by arc melting; homogenization; rotary forging at room temperature; solution and aging. The microstructural characterization of the samples was performed using scanning electron microscopy (SEM), energy dispersion spectrometry (EDS), transmission electron microscopy (TEM) and X-ray diffraction (XRD) with Cu-Kα radiation. The mechanical properties were evaluated using Vickers hardness and tensile tests at room temperature and at 550ºC. The results obtained show that alloys with Nb substitution up to 4.0% at. are the most prone to cold working, presenting mostly the β phase (CCC) in preforming. The alloy with 4.0% at. of Nb precipitated ω_a phase after homogenization and quenching. This alloy, in particular, proved to be mechanically unstable due to the precipitation of martensitic (orthorhombic) α induced by plastic deformation during cold forming. The alloy with 4.0% Nb showed the best hardness result in the final processing condition (STA). Tensile tests at room temperature of the alloy 4.0 % at. of Nb in the STA condition resulted in higher values of Ultimate Tensile Strength compared to the alloy with 1.5 % at. of Nb (Beta-21S), but with poor ductility (3.5%). At high temperature (550 ºC), the 4.0Nb alloy showed mechanical strength values very close to the 1.5Nb alloy, with better ductility results (48.28%), proving to be an alloy with potential for application. In the air oxidation tests in the range of 700 to 800 ºC, all alloys showed behavior close to a parabolic oxidation regime. The alloy without Nb (9.5% at. Mo) presents an atypical behavior at 800 ºC, mainly due to the poor stability of the α phase at this temperature and the possibility of formation of volatile oxides (MoO₃). The main oxidation product was rutile (TiO₂) with the formation of a very thin outer layer of Al₂O₃, for all alloys oxidized in air between 700 and 800 ºC. The calculated activation energies (between 189 and 226 kJ/mol) reflect oxidation mechanisms governed by oxide layer growth and oxygen dissolution in the substrate. As the Nb content increases, a continuous layer of nitride (TiN) is formed at the subscale region (below TiO₂), which works as a diffusion barrier, decreasing the amount of dissolved oxygen in the substrate as well as the thickness of the TiO₂ scale.