ANÁLISE DA INFLUÊNCIA DO TRATAMENTO TÉRMICO NO COMPORTAMENTO DE MOLAS HELICOIDAIS DE LIGA COM MEMÓRIA DE FORMA

Abstract

Shape memory alloys or SMA are materials capable of recovering deformations caused by mechanical efforts through appropriate thermal cycles and these special properties allow the use of these materials in the development of various applications, from complex systems for the attenuation of vibrations to more everyday objects such as the frame of a pair of glasses. This work aims to study the influence of heat treatment processes during the manufacture of Nickel-Titanium helical springs on their dynamic behavior. The treatments were carried out with temperatures of 465, 490 and 540ºC, with durations of 30 and 60 minutes and using water, air and the oven as cooling methods. Cyclic loads were performed using axial loads at frequencies of 0,5Hz to 2,5Hz with 0,5Hz of increment and with temperatures of 25,49 and 78ºC. With these tests, we try to identify how the heat treatments affected the behavior of SMA springs. To carry that out, an experimental apparatus was developed and built. The tests consisted of applying loads with a prescribed displacement of 40 mm at the three different temperatures and with those five frequencies while recording the force on the springs. Through the results obtained, it was possible to observe how each manufacturing parameter influenced the dynamic behavior of the springs in relation to their stiffness, as well as the shape and size of the hysteresis loop and the energy dissipated in each cycle. It was observed that all manufacturing parameters influenced the transformation limits and the dynamic behavior of the springs, however some were especially important for a certain characteristic. Therefore, the design of SMA springs must be done from a balance between each manufacturing parameter, taking into account the purpose for which this spring will be used.

Ligas de memória de forma ou SMA (Shape Memory Alloy) são materiais capazes de recuperar deformações causadas por esforços mecânicos através de ciclos termomecânicos apropriados e esta propriedade possibilita o uso destes materiais no desenvolvimento de diversas aplicações, desde sistemas complexos para a atenuação de vibrações à objetos mais cotidianos como a armação de um par de óculos. Este trabalho tem como objetivo estudar a influência dos processos de tratamento térmico durante a fabricação de molas helicoidais de Níquel-Titânio no seu comportamento dinâmico. Os tratamentos foram realizados com temperaturas de 465, 490 e 540°C, com durações de 30 e 60 minutos e utilizando resfriamentos na água, no ar e no forno. Foram realizados carregamentos cíclicos utilizando-se de cargas axiais em frequência de 0,5 Hz a 2,5Hz, com 0,5Hz de incremento, e em temperaturas de 25, 49 e 78ºC. Com estes testes, procurase identificar como os tratamentos térmicos afetaram o comportamento das molas de SMA. Para a realização dos ensaios foi desenvolvido e construído um aparato experimental. Os testes consistiram em aplicar carregamentos com deslocamento prescrito de 40 mm nas três diferentes temperaturas e em nas cinco diferentes frequências, enquanto se registra a força nas molas. Através dos resultados obtidos, foi possível observar como cada parâmetro da fabricação influenciou no comportamento dinâmico das molas em relação a sua rigidez, bem como na forma e dimensão do laço de histerese e na energia dissipada em cada ciclo. Observou-se que todos os parâmetros de fabricação influenciaram nos limites de transformação e no comportamento dinâmico das molas, porém alguns foram especialmente importantes para uma determinada característica. Portanto, o projeto de molas de SMA deve ser feito a partir de um equilíbrio entre cada parâmetro de fabricação, levando-se em conta a finalidade na qual essa mola será empregada.