Estudo do efeito da adição de titânio no tamanho de grão, nas temperaturas de transformação de fase e no módulo elástico da liga Cu-14Al-4Ni com efeito memória de forma obtida por fusão a arco e solidificação rápida a vácuo

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2018.A presente Tese de Doutorado avaliou a influência da combinação da adição de titânio, até 0,7%, com o processo de obtenção por solidificação rápida (SR) a vácuo nas temperaturas de transformação martensíticas e na microestrutura da liga Cu-14Al-4Ni com efeito memória de forma (EMF). Avaliou também, a influência de diferentes teores de titânio no comportamento nanomecânico, na superelasticidade e no Módulo Elástico. As ligas a base de cobre que exibem o EMF podem ser aplicadas para concepção de atuadores compactos e estruturas adaptativas, podendo substituir sistemas elétricos, pneumáticos ou hidráulicos. Um dos fatores que contribuem para a degradação da capacidade do EMF é o grande tamanho de grão (TG), inerente à liga e ao seu processo de obtenção, que contribui para a fragilidade excessiva e anisotropia elástica. Por esta razão, fazem-se necessários estudos que visem a aplicações de técnicas que reduzam o TG e potencialize as propriedades da liga CuAlNi. Neste contexto, a liga Cu-14Al-4Ni foi elaborada por SR em ambiente a vácuo, ao qual contribui para a formação de uma microestrutura mais refinada. Associada à essa técnica, foi adicionado o titânio – elemento refinador que reduz as taxas de difusão dos átomos constituintes, inibindo o crescimento de grão. Para a verificação da eficiência da elaboração da liga submetida à betatização e têmpera, foram realizadas técnicas de caracterização microestrutural, tais como: Microscopia Ótica Confocal e Eletrônica de Varredura, Microscopia de Força Atômica, Análise de composição química por EDS, Difratometria de Raios-X, Análise de Rugosidade por Microscopia de Força Atômica e Calorimetria Exploratória Diferencial. A fim de se caracterizar mecanicamente as ligas, foi realizado Ensaios de Nanodureza e Microdureza. O processo de obtenção da liga por SR com adição de diferentes teores de titânio provocou alterações no TG e nas temperaturas de transformação (TT) da liga. Quanto maior o teor de titânio menor o TG, redução esta da ordem de 20,7% quando comparada com a liga sem adição. Com relação às TT, a liga apresentou baixa entalpia de transformação de fase, confirmando que a ação conjunta da SR e da adição de titânio reduz a heterogeneidade microestrutural. A adição de titânio influenciou no Módulo Elástico e no comportamento superelastico da liga.The present Doctoral Thesis evaluated the influence of the combination of titanium addition, in different percentages, and rapid solidification (RS) obtaining process in a vacuum. It was addressed aspects about thermal behavior, microstructural changes of the Cu-Al-Ni shape memory alloy (SMA). It also evaluated the influence of titanium content on nanomechanical behavior, superelasticity and Elastic Modulus. Copper based alloys that present shape memory effect (SME) can be applied to design compact actuators and adaptive structures, which can substitute electric systems, pneumatics or hydraulic. One of the factors that contribute to degrade the SME capacity is grain size (GS), inherent to the alloy and it´s obtaining process, which contributes to excessive brittleness and high elastic anisotropy. Due to this fact, it is necessary studies that aim the application of techniques that reduce GS and maximize Cu-Al-Ni alloy properties. In this context, it was developed Cu-Al-Ni alloys through RS in a vacuum environment. Metallic alloys RS contributes to the formation of a refined microstructure. Associated to this technique, it was added titanium – refiner element that reduces the diffusion rate of atoms constituents, inhibiting grain growth. In order to verify the efficiency of the developed alloy that underwent betatization and quenching, it was applied characterization techniques such as: Confocal Optical and Scanning Electron Microscopy (SEM), chemical composition analysis by EDS, X-Ray Diffraction (XRD) and Differential Scanning Calorimetry (DSC). The alloy obtained through RS and with titanium addition showed GS and transformation temperatures (TT) changes. The higher the titanium content smaller the GS, reduction of 20.7% compared to the Cu-Al-Ni alloy. Regarding TT, the alloy showed low phase transformation enthalpy, confirming that the SR along with titanium addition reduced the level of microstructural imperfections. The addition of Titanium strongly influenced the elastic modulus decay and the superelastic behavior of the alloy