Estudo de fadiga em sensores/atuadores de NI-TI com memória de forma

Abstract

As ligas de Ni-Ti pertencem a um grupo de materiais metálicos ativos, chamado de Ligas com Memória de Forma, e devido às suas excelentes propriedades quanto a resistência mecânica e a corrosão, biocompatibilidade, além das excelentes propriedades funcionais relacionadas ao Efeito memória de Forma e Superelasticidade, são comumente utilizadas em aplicações tecnológicas como atuadores/sensores. Contudo, como na maioria dessas aplicações, esses elementos respondem à estímulos termomecânicos cíclicos, o conhecimento sobre a vida à fadiga se faz necessário. Atualmente o comportamento a fadiga é um dos aspectos mais controversos dessa liga, não podendo ser totalmente compreendido através de teorias clássicas de fadiga. Nesse contexto, o presente trabalho tem por objetivo analisar o comportamento em fadiga de molas de Ni-Ti com efeito memória de forma, utilizadas no acionamento de uma válvula de fluxo. Inicialmente, foi realizada uma caracterização pré-fadiga no material através dos ensaios de: Microscopia Ótica, Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) seguida de Espectroscopia por Dispersão de Energia de Raios X e Ensaio de Tração. Posteriormente, para o estudo de fadiga estrutural e funcional em memória de forma, foram confeccionados atuadores em forma de mola helicoidais, com as características próprias para aplicação na válvula de fluxo. Em seguida, esses atuadores foram submetidos ao ensaio de fadiga, utilizando um método não convencional proposto nesse trabalho. Desse modo foi possível analisar a evolução das temperaturas críticas, deformação termoelástica e histerese térmica, em etapas específicas da ciclagem termomecânica, para identificar uma possível degradação das propriedades funcionais. Entretanto, após a realização de mais de um milhão de ciclos, o atuador continuou em pleno funcionamento, apresentando vida infinita quanto a fadiga funcional e estrutural. Posteriormente, fios dessa liga foram submetidos a ensaios dinâmicos, utilizando um equipamento de Análise Dinâmico Mecânica, no modo de flexão simples, para investigar a fadiga mecânica através da curva de Wöhler. Após o rompimento, a superfície de fratura dessas amostras foi analisa no MEV, para entender os mecanismos de fratura. A partir desses resultados foi possível concluir que, a metodologia não convencional proposta permitiu caracterizar de modo eficaz o atuador de Ni-Ti quanto a fadiga, nas condições estudadas. Estabelecendo assim, dados para validar a aplicação do atuador na válvula de fluxo, com garantias sobre o seu tempo de vida.