Thermomechanical behavior of NiTi superelastic mini coil springs: heat treatments influence.

Submitted by Johnny Rodrigues (johnnyrodrigues@ufcg.edu.br) on 2018-04-27T15:46:57Z No. of bitstreams: 1 ESTEPHANIE NOBRE DANTAS GRASSI - DISSERTAÇÃO PPGEM 2014..pdf: 4659811 bytes, checksum: 9dce2fd88b57abcccbb5be6fa913cf1b (MD5)Made available in DSpace on 2018-04-27T15:46:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ESTEPHANIE NOBRE DANTAS GRASSI - DISSERTAÇÃO PPGEM 2014..pdf: 4659811 bytes, checksum: 9dce2fd88b57abcccbb5be6fa913cf1b (MD5) Previous issue date: 2014-08-01CNPqCapesAs Ligas com Memória de Forma (LMF) são um importante grupo de materiais metálicos ativos que respondem a estímulos termomecânicos por meio dos fenômenos do Efeito Memória de Forma (EMF) e da Superelasticidade (SE). Ambos os efeitos permitem recuperar grandes níveis deformações por meio de aquecimento, no primeiro caso, ou do descarregamento mecânico, no segundo. As LMF de NiTi são facilmente encontradas no mercado médico e odontológico em forma de ferramentas e acessórios para tratamentos específicos. Um destes elementos são minimolas helicoidais ortodônticas de NiTi, que alcançam deformações algumas centenas de vezes maiores que elementos unidimensionais de LMF, como fios. Por outro lado, é de amplo conhecimento que uma técnica adequada para manipular propriedades mecânicas de produtos metálicos acabados, além de variar-se a configuração geométrica, é a realização de tratamentos térmicos de recozimento. Principalmente após a realização de trabalho a frio, os recozimentos são capazes de recuperar parcial ou totalmente a mobilidade atômica no metal, o que, no caso das LMF, afeta diretamente o seu comportamento termomecânico. Neste contexto, o principal objetivo deste trabalho é estudar a influência de tratamentos térmicos de recozimento sobre a resposta termomecânica de minimolas de LMF NiTi, originalmente superelásticas. Um planejamento fatorial foi usado para avaliar a influência das variáveis temperatura e tempo de recozimento sobre algumas das principais propriedades termomecânicas das minimolas: constante de mola (rigidez), módulo de elasticidade transversal, capacidade de dissipação de energia, temperaturas de transformação, histere térmica e a entalpia de transformação. Foi demonstrado que tratamentos térmicos a temperaturas na faixa de 500 oC a 600 oC são capazes de converter as minimolas de LMF NiTi do estado superelástico para o estado de atuador, pelo aparecimento do efeito memória de forma.Shape Memory Alloys (SMA) are an important group of metallic active materials that respond to thermomechanical stimuli through the Shape Memory Effect (SME) or the Superelasticity (SE) phenomena. Both these effects are capable of retrieving large amounts of strain by simple heating, in the former case, or simple mechanical unload, in the latest case. The SMA of the NiTi family composition exhibit superior properties when compared to other compositions, including biocompability, what brings this alloy to be widely used in medical and orthodontic fields in the form of tools and accessories to specific treatments. As an example, mini coil springs of NiTi SMA presenting superelasticity reach strain levels hundreds of times higher than one-dimensional elements, such as wires. However, a more suitable technique to manipulate mechanical properties of metallic finished products is the use of heat treatments like annealing. Mainly after experiencing cold working processes, annealing treatments are capable of partially or totally recover the atomic mobility, witch directly affects thermomechanical response of SMA. In this context, this dissertation work aims to study the influence of annealing heat treatments over thermomechanical behavior of SMA NiTi mini coil springs originally presenting the SE. A factorial design was used to evaluate the influence of temperature and time of annealing over some of the main thermomechanical springs’ properties: spring constant (stiffness), shear modulus, energy dissipation capacity, phase transformation temperatures, thermal hysteresis and transformation enthalpy availability. It was demonstrated that heat treatments between 500°C and 600°C are capable of converting the superelastic state of the mini coil springs to an actuator state, as a result of the shape memory effect appearance