Faculdade de Tecnologia - Departamento de Engenharia MecnicaTrabalho referente disciplina Materiais de Construo Mecnica 2 com o professor Daniel RosaAlunos: Felipe Escovedo da Costa, Felipe Vitoriano Lucas, Igor Vasconcelos Cavalcante, Paula Fantini Amorim da Silva.

Ligas com Efeito Memria de Forma1. ResumoEste trabalho tem por finalidade a apresentao de conceitos bsicos sobre as Ligas com Efeito de Memria de Forma assim como aplicaes prticas dessas ligas no dia a dia.

2. IntroduoO efeito de memria de forma foi observado em 1938 por Arne Olander ao se observar estruturas de ouro-cdmio (Au-Cd). No entanto os estudos sobre esse efeito s foram aprofundados na dcada de 60, quando Buehler descobriram o efeito memria de forma em ligas Ni-Ti. Aps essa descoberta comeou-se a estudar a utilidade desses materiais em engenharia.

3. Definio de Ligas com Efeito de Memria de FormaAs ligas com memria de forma so ligas metlicas capazes de recuperar um formato ou tamanho, previamente determinado, atravs de ciclos trmicos. Sendo assim, esse material pode sofrer uma grande deformao e, aps um processamento trmico, assumir a sua forma inicial, uma vez que isso ocorre devido a mudanas na estrutura cristalina desse material devido a variaes de temperatura ou de tenses. Tal propriedade eleva este material ao posto de um dos mais importantes materiais a serem estudados e implantados pela engenharia moderna, j que a memria de forma pode ser utilizada nas diversas reas da engenharia, abrangendo desde a Robtica at a Engenharia Biomdica.

4. As Ligas Ni-TiEssas ligas so compostos intermetlicos que apresentam solubilidade moderada no Nquel (Ni) e do Titnio (Ti) e apresentam boa ductilidade comparvel de alguns metais. A solubilidade moderada permite a adio de alguns elementos, a fim de melhorar propriedades mecnicas e trmicas. Usa-se o Ferro (Fe) e o Cromo (Cr) para baixar as temperaturas de transformao e o Cobre (Cu) para diminuir a histerese e a tenso martenstica. No entanto, o contato com elementos de liga como Oxignio (O) e Carbono (C) podem alterar as propriedades trmicas e degradar propriedades mecnicas, o que faz o contato com esses elementos indesejvel.Devido alta reatividade do Ti, a fuso dessa liga deve ser feita no vcuo ou em meio inerte. Aps a obteno dos lingotes estes so conformados quente por forjamento, extruso ou laminao, em casos de fios pode-se utilizar tambm a trefilagem.

5. Comportamento Termomecnico das Ligas Ni-TiAs ligas com memria de forma so capazes de retornarem a forma geomtrica ou produzirem grandes foras de restituio atravs da imposio de um campo de temperatura e/ou tenso devido s transformaes induzidas no material, sendo essas transformaes fortemente ligadas s variaes na temperatura, j que esta capaz de mudar a fase do material.As fases predominantes nessas ligas so as fases Austentica e Martenstica, sendo a Austentica de maior estabilidade. O comportamento termodinmico dessas ligas pode ser divido em trs tipos: pseudoelasticidade, quasiplasticidade e memria de forma.

Grfico 5.1 Evoluo da frao de martensita com a temperatura Ms, As, Mf e As.5.1. Quasiplasticidade caracterizado por uma grande deformao residual proveniente de uma reorientao martenstica induzida mecanicamente, ocorrendo em temperaturas abaixo da martenstica.

Figura 5.2 Transformao de Fases nas SMA

5.2. PseudoelasticidadeA pseudoelasticidade a recuperao de deformaes aps a retirada de tenses em temperaturas acima da Austentica, sendo essas deformaes oriundas de transformaes martensticas induzidas por tenses. Sendo a Austenita a nica fase estvel em temperaturas acima da temperatura Austentica, a martensita formada a essa temperatura na ausncia de tenses ser instvel, o que confere a esse material a recuperao da deformao causada pela tenso ao se tirar a carga deste, chegando a recuperar deformaes de at dez por cento.

Figura 5.3 Curva Tenso-Deformao pseudoelstica esquemtica

5.3. Memria de FormaAs ligas de memria de forma so facilmente deformadas plasticamente. Esta lembrana, que estes materiais apresentam, resultado das transformaes martensticas termoelsticas. So independentes do tempo, mas dependem da temperatura e demonstram forte reversibilidade.

Figura 5.4 - Diagrama da relao entre a tenso e a deformao para SMAA base do efeito memria de forma a transformao de fase martenstica. A transformao de fase martenstica explica a recuperao de forma das SMA. Esta transformao ocorre dentro de uma escala das temperaturas que variam de acordo com as propriedades qumicas de cada liga.Quando a SMA est abaixo de Mf e com temperatura constante, pode ser facilmente deformada (Figura 5.5B). Entretanto, quando o material aquecido acima de Af, ocorre uma mudana que o faz retornar a sua forma original (Figura 5.5D), aps resfriada completa o ciclo retornado condio inicial.

Figura 5.5 Ilustrao do efeito memria de forma

6. AplicaesDe uma maneira geral, as SMA apresentam baixa resistncia fadiga quando comparadas a outras ligas. Vale ressaltar, no entanto, que as SMA so capazes de gerar grandes foras de restituio com um consumo de energia relativamente baixo, o que uma caracterstica que as diferenciam em diversas aplicaes. So muitas as aplicaes possveis das SMA, e em diversas reas tm-se desenvolvido tecnologias afins, que vo desde a medicina engenharia aeroespacial.6.1. Aplicaes na medicina e odontologiaUma boa aplicao do uso das SMA consiste em um filtro de cogulos sanguneos desenvolvido por Simon. um fio de NiTi que previamente deformado para assumir uma forma que lhe permita fixar-se s paredes internas das veias. Esse filtro deformado baixa temperatura, de modo a poder ser inserido na veia pretendida junto com uma soluo salina que o mantm resfriado; ao ser submetido ao calor do corpo humano, ele retoma a configurao original.

Figura 6.2 - Filtro de Simon. Evoluo da sua forma durante o aquecimento

Tambm na rea mdica podemos citar os implantes de placas sseas no regime pseudoelstico que auxiliam a recuperao de um osso quebrado ou fraturado. Frequentemente so usadas em fraturas ocorridas na face, como nariz, mandbulas e na regio ssea ocular. Essa tcnica conhecida na medicina como sntese ssea. As placas facilitam a cura dos ossos fraturados que necessitam estar sob constante compresso. Essa compresso obtida por implante sseo, normalmente fabricado em titnio e ao inoxidvel, que mantm os ossos juntos e acelera a recuperao do osso fraturado. Aps alguns dias de recuperao, a compresso provida pelo implante sofre uma reduo na intensidade, pois, conforme se d a cura, as duas partes do osso fraturado tendem a ficar mais prximas. Com aumento da proximidade entre as partes, h um afrouxamento do implante previamente fixado, aumentado a velocidade de recuperao.

Figura 6.3 - Implante de placa ssea utilizada para reparar uma fratura na mandbula.Essas placas sseas so fabricadas em nquel-titnio com efeito de memria de forma. Usando a liga de NiTi, que possui Af maior que 15 C, os cirurgies seguem o mesmo procedimento usado com implantes convencionais. Primeiramente a placa de NiTi resfriada abaixo da sua temperatura de transformao e, ento, implantada no osso. Porm, com o aquecimento natural do corpo humano, a SMA contrai e com isso gera uma compresso nos ossos fraturados, melhorando o processo de cura mais que uma placa comum de titnio ou ao inoxidvel. Esta presso contnua auxilia no processo de cura e reduz o tempo de recuperao.Existem ainda muitos aspectos a serem estudados antes de se utilizarem efetivamente as SMA como implantes. Neste ltimo exemplo o grande desafio para os engenheiros o desenvolvimento de placas que aplicam a presso correta nas fraturas.

7. ConclusoEste trabalho apresentou uma discusso sobre as ligas com memria de forma, apontando alguns aspectos relacionados a seus comportamentos termomecnicos e suas aplicaes. De uma maneira geral, observa-se que a modelagem destas ligas possui duas abordagens distintas: microscpica e macroscpica. Espera-se que as potenciais aplicaes desses materiais em breve estejam disponveis para o mercado de trabalho.

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