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Type: Dissertação de Mestrado
Title: Efeito do treinamento por ciclagem pseudoelástica nas propriedades mecânicas e funcionais de uma liga de níquel-titânio
Authors: Mariana Carla Mendes Rodrigues
First Advisor: Leandro de Arruda Santos
First Referee: Augusta Cerceau Isaac Neta
Second Referee: Elaine Carballo Siqueira Corrêa
Abstract: A utilização de ligas níquel-titânio em dispositivos que passam por ciclagem térmica e/ou mecânica quando em serviço vem sendo muito comum. Para que tais dispositivos realizem a função desejada com sucesso, é necessário que haja estabilidade funcional e mecânica no decorrer da ciclagem. Nesse contexto, o estudo dos processos de treinamento é muito importante, uma vez que permite que se conheça o comportamento cíclico da liga e que a estabilidade de suas propriedades seja alcançada antes do seu uso prático. No presente trabalho foi avaliado o comportamento de fios de níquel-titânio, de 1mm de diâmetro, quando submetidos ao treinamento por ciclagem pseudoelástica a uma deformação máxima de 6%. A influência do número de ciclos, da temperatura de ensaio e da taxa de deformação nas propriedades funcionais e mecânicas da liga foi estudada. As propriedades funcionais foram avaliadas em termos da energia dissipada, da deformação residual e das tensões de transformação martensítica e reversa. Ensaios de tração e flexão em três pontos permitiram analisar as propriedades mecânicas. Além disso, as temperaturas de transformação e a estabilidade das fases após a ciclagem nas diferentes condições foram avaliadas por calorimetria exploratória diferencial e difratometria de raios X, respectivamente. A caracterização da amostra como recebida permitiu verificar que o fio continha 51,4 at.% de níquel e 48,6 at.% de titânio e se encontrava na condição superelástica à temperatura ambiente (Af = -2,3°C). Observou-se uma tendência à estabilização das propriedades funcionais com o aumento do número de ciclos, sendo que variações mais significativas foram verificadas até o 20° ciclo. A deformação residual acumulada aumentou e a tensão crítica de indução de martensita e a energia dissipada diminuíram com o aumento do número de ciclos, independentemente da temperatura e da taxa de deformação. Esse comportamento foi atribuído a tensões internas provocadas pelo aumento da densidade de deslocações e, possivelmente, à presença de martensita residual no decorrer da ciclagem. Verificou-se que os efeitos do aumento da taxa de deformação e da temperatura foram similares, manifestando-se como um aumento da deformação residual acumulada e da tensão de indução de martensita. Isto é explicado pelo fato de o aumento da taxa de deformação promover, por consequência, o aumento da temperatura da liga. Também foi observado que quanto maior o número de ciclos, menor a intensidade dos picos de difração de raios X da austenita, o que indica um aumento do número de defeitos com a ciclagem. Entretanto, quanto maior a temperatura e a taxa de deformação, maior foi a intensidade dos picos da fase austenítica, sugerindo que o aumento da temperatura da liga está atrelado ao alívio de tensões no material e à estabilização da fase parente. Em nenhuma dessas análises foi verificada a presença de martensita estável, o que aponta que ou número de ciclos ou a deformação máxima usada nas ciclagens não foi suficiente para a estabilização dessa fase. As propriedades mecânicas, avaliadas após os treinamentos, não mostraram uma variação muito significativa em nenhuma das condições estudadas.
Abstract: The use of nickel-titanium alloys in devices that undergo thermal and/or mechanical cycling while in service has been very common. For such devices to perform the desired function successfully, they must present functional and mechanical stabilities during cycling. In this context, the study of training processes is very important, since it allows knowing about the alloy cyclic behavior and when the stability of its properties is achieved, before practical use. The purpose of this study was evaluating the behavior of nickel-titanium wires, with 1mm diameter, when subjected to training by pseudoelastic cycling at a maximum strain of 6%. The influence of number of cycles, test temperature and strain rate on the alloy functional and mechanical responses was assessed. The functional properties were evaluated with regard to dissipated energy, residual strain, and forward and reverse transformation stresses. Tensile tests until rupture and three point bending tests were performed in order to analyze the mechanical properties. Furthermore, the transformation temperatures and the stability of the phases after cycling at different conditions were evaluated by differential scanning calorimetry and X-ray diffraction, respectively. The characterization of the sample as received has shown that the wire contained 51.4at.% nickel and 48.6at.% titanium and it was in the superelastic condition at room temperature (Af = -2.3°C). A tendency towards stabilization of the functional properties with increasing number of cycles was observed, whereas more significant changes were observed up to the 20th cycle. As far as the number of cycles increased, the cumulative residual strain increased, and critical stress to induce martensite as well as dissipated energy decreased, regardless test temperature and strain rate. This behavior was attributed to internal stresses caused by increased dislocation density and, possibly, by the presence of residual martensite during cycling. It was found that the effects of increasing strain rate and increasing temperature were similar, resulting in a higher cumulative residual strain and critical stress to induce martensite. This is explained by the fact that raising strain rate promotes an increase in the alloy temperature. It was also observed that the increase in number of cycles results in lower intensities of austenite diffraction peaks, which indicates a higher density of defects in the materials microstructure. However, the higher the test temperature and strain rate, the greater was the peaks intensity of the austenitic phase, suggesting that the rise in the alloy temperature is related to stress relaxation and to the stabilization of parent phase. It was not observed the presence of peaks regarding martensite at any conditions, which indicates that either the number of cycles or the maximum strain amplitude used for cycling was not sufficient to stabilize that phase. The alloy mechanical properties, evaluated after training, did not show such a significant variation in any of the cases studied.
Subject: Engenharia metalúrgica
language: Português
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/BUBD-A9THGV
Issue Date: 29-Apr-2016
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