FABRICAÇÃO E CARACTERIZAÇÃO DE MOLAS HELICOIDAIS DE LIGAS COM MEMÓRIA DE FORMA

Abstract

Shape memory Alloys (SMAs) are alloys that have the ability to return to their original shape when subjected to an appropriate thermomechanical process. Nitinol alloys has stood out among SMAs and have been applied in several areas of knowledge such as aerospace, biomechanics and automotive. One of its main applications is in the form of actuators, when used in the form o wire are able to recover strains up to 10% and produce high forces, or in helical springs shape, dut to the geometrical characteristics, they are able to achieve large displacements but with diminished actuating forces. This work presents an experimental analysis of how the thermomechanical behavior of the alloy varies with the thermomechanical treatments applied in the material. oTo study these effects a series of thet treatments were carried out on Nitinol wire and two helical springs. The heat treatments were made on 465m 490 e 540ºC temperatures, for 30 and 60 minutes and then cooled in water, air and furnace. The effects were analyzed by DSC and tensile tests. The experimental results showed that the thermomechanical behavior is very sensitive to the heat treatment, were observed variations on the spring stiffness, the hysteresis loop size, the transformation tensions. Showing that it is possible to control the properties of the springs and wires by varying the parameters of the thermomechanical treatments applied.

As Ligas com Memória de Forma (Shape Memory Alloys - SMAs) são ligas metálicas que possuem a capacidade de retornar à sua forma original quando submetidas a um processo termomecânico apropriado. As ligas Nitinol têm se destacado entre as SMAs e vêm sendo aplicadas em diversas áreas do conhecimento tais como aeroespcial, biomecânica e automobilística. Uma de suas principais aplicações é na forma de atuadores, podendo ser utilizada na forma de fio, sendo capaz de recuperar deformações de até 10% e de produzir elevadas forças, ou na forma de molas helicoidais, que pelas características geométricas são capazes de produzir grandes deslocamentos porém, com uma menor força de atuação. Este trabalho apresenta uma análise hexperimental de como o comportamento termomecânico da liga varia em função dos tratamentos termomecânicos aplicados ao material. Para estudar esses efeitos foram realizados uma série de tratamentos térmicos em fios e em duas molas helicoidais de diferentes diâmetros feitos de Nitinol. Os tratamentos foram realizados com temperaturas de 465, 490 e 540ºC, realizados em durações de 30 e 60 minutos e utilizando resfriamentos na água, no ar e no forno. Os efeitos dos tratamentos foram analisados através de ensaios de DSC e de tração. Os resultados experimentais obtidos mostraram que o comportamento termomecânico é bem sensível ao tratamento térmico, foram observados variações na rigidez das molas, no tamanho dos laços de histerese, as tensões para iniciar as transformações. Mostrando que é possível fazer um controle das propriedades das molas e dos fios variando-se os parâmetros dos tratamentos termomecânicos aplicados.