Ligas com Memória de Forma

Ligas com Memória de Forma
• SMA (Shape Memory Alloys): são ligas metálicas que
recuperam deformações permanentes quando aquecidas
acima de uma certa temperatura (efeito de memória de
forma).
• Materiais: NiTi é a liga mais comum.
• Duas fases estáveis:
– AUSTENITA:
• fase em temperaturas altas
• estrutura cúbica
– MARTENSÍTICA:
• fase em temperaturas baixas
• dutil (facilmente deformável)
• estrutura monoclínica
b
a≠b≠c
α = γ = 90o ≠ β
α
c
γ
β
Fonte: SmartLab, Texas A&M Univ.
a
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Transformação Martensítica
• É uma transformação que ocorre por cisalhamento de
planos cristalográficos, e sem ocorrência de difusão, por
nucleação e crescimento da fase martensítica de uma fase
inicialmente austenita .
• Ocorre transformação de uma fase de alta simetria
(austenita - cúbica) em uma fase de menor simetria
(martensita - monoclínica)
• A transformaçào é altamente influenciada pela tensão
mecânica aplicada e pela temperatura.
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Transformação sem Variação de
Forma
• Resfriamento sem aplicação de cargas: transformação de
austenita para martensita geminada (acomodada)
• Com aquecimento, retorna à fase austenítica.
• Neste caso, praticamente não há variação de forma.
Fonte: SmartLab, Texas A&M Univ.
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Transformação após Aplicação
de Carga Mecânica
• Se for aplicada uma carga mecânica no material na fase
martensítica geminada (a baixa temperatura), ocorre ocorre
uma desgeminação da estrutura com uma deformação
correspondente. Essa deformação é facilmente conseguida,
como num fio de solda.
• Entretanto, com o aquecimento acima da temperatura A0f o
material recupera sua forma original de fase austenítica.
Fonte: SmartLab, Texas A&M Univ.
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Transformação com Aplicação
Contínua de Carga
Fonte: SmartLab, Texas A&M Univ.
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Comportamento Pseudoelástico
• Pode ocorrer transformação de fase a temperaturas
austeníticas, induzida pela aplicação de uma tensão mecânica.
• Após a retirada da carga, o material recupera seu formato e
fase iniciais.
• É semelhante à elasticidade, sendo chamado pseudoelástico.
Fonte: SmartLab, Texas A&M Univ.
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Curva Tensão - Temperatura
Fonte: SmartLab, Texas A&M Univ.
7
Transformação após Aplicação
de Carga Mecânica
Fonte: SmartLab, Texas A&M Univ.
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Curva Tensão-Deformação-Temperatura
do Efeito de Memória de Forma
Fonte: SmartLab, Texas A&M Univ.
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SMAs de Duas Vias (efeito bidirecional)
• O efeito visto até agora é de uma via, ou seja, recupera o formato com
o aquecimento (na fase austenítica).
• Se o material for “treinado”, ele poderá recuperar um formato na fase
austenítica (aquecimento) e outro formato na fase martensítica
(resfriamento). É o “efeito de duas vias”. Está relacionado com a
pseudoelasticidade.
• Treino:consiste em se fazer o material passar por ciclos de
tensionamento e alívio de tensão na fase austenítica (alta
temperatura). Com isso, ocorrerá concentração de tensão e formação
de defeitos que causarão a formação de dois formatos estáveis.
• Após o “treino” o material pode passar para qualquer uma das fases
apenas com resfriamento ou aquecimento.
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Fabricação e Características
• Fabricação: esse tipo de material é fabricado em altas
temperaturas já no seu formato desejado, ou é conformado
e aquecido a uma temperatura bem superior à de
transição.
• Características:
–
–
–
–
depende da composição da liga;
curva tensão-deformação altamente não-linear e histerética;
muito dependente da temperatura;
depende do número e da sequência de ciclos de carga
termomecânica;
– também depende da microestrutura (grãos)
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Efeito de memória de forma (térmico):
transformações entre fase martensítica e
austenítica
Martensítica
desgeminada
Austenítica
Martensítica
geminada
Fonte: Memory-Metalle, GmbH
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Aplicação de tensão na fase martensítica:
mudança de estrutura de geminada para
desgeminada
Geminada
Desgeminada
Fonte: Memory-Metalle, GmbH
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Pseudo-elasticidade: aplicação de esforços
com o material mantido a uma temperatura
de fase austenítica
Fonte: Memory-Metalle, GmbH
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Filmes Finos de SMA
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