Efeito de tratamentos térmicos no comportamento em fadiga de fios de NiTi superelásticos

CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e TecnológicoFAPEMIG - Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas GeraisCAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível SuperiorLigas aproximadamente equiatômicas NiTi com pequeno excesso de Ni são ligas funcionais de grande relevância comercial. Durante seu uso, estas ligas podem estar frequentemente sujeitas a esforços cíclicos e, consequentemente, à fratura por fadiga. Este trabalho tem como motivação principal o uso de NiTi em limas endodônticas, as quais estão sujeitas a condições agressivas de deformação cíclicas. Atualmente, esforços tem sido feitos na otimização do design destas limas e na realização de tratamentos térmicos nos fios a partir das quais elas são fabricadas ou nas próprias limas após sua usinagem, produzindo limas de propriedades ainda superiores às das tradicionais superelásticas. Entretanto, maiores entendimentos sobre os tratamentos realizados e sobre os mecanismos de fadiga ainda são escassos. Neste contexto, este trabalho tem como objetivo contribuir para a compreensão metalúrgica dos efeitos mecânicos obtidos por meio de tratamentos térmicos em fios de superelásticos de NiTi, relacionando a microestrutura obtida por meio destes tratamentos e as propriedades mecânicas resultantes em condições agressivas de fadiga. Para isto, tratamentos térmicos foram realizados em diferentes temperaturas e a resistência em fadiga de baixo ciclo foi avaliada. Ensaios de tração e difratometria de raios X foram realizados para caracterização mecânica e microestrutural, respectivamente, e análise calorimétrica diferencial exploratória, para determinação das temperaturas de transformação. Os ensaios de fadiga foram realizados em equipamento de flexão rotativa adequado em temperatura controlada. Posteriormente, as condições de tratamento térmico que resultaram nas maiores vidas em fadiga foram repetidas e ensaios de fadiga em diferentes amplitudes de deformação e em temperaturas distintas foram realizados para avaliar a influência destas variáveis bem como o efeito das fases presentes dado um estado termomecânico fixo. Os resultados obtidos mostram que tratamentos térmicos são efetivos para melhoria da resistência à fadiga especialmente quando se tem a presença da fase R. Esta melhoria foi atribuída ao comportamento de diferentes microestruturas durante a ciclagem mecânica e a diferenças na propagação da trinca: enquanto fios austeníticos passam por um grande acúmulo de defeitos, fios constituídos por fase R têm trincas ramificadas através dos contornos de variantes.Near-equiatomic NiTi alloys rich in Ni are functional alloys of great commercial relevance. Within their applications, these alloys are commonly subjected to cyclic efforts and, thus, to failure by fatigue. Este trabalho tem como motivação principal o uso de limas endodônticas, as quais estão sujeitas a condições agressivas de deformação cíclicas. The present work has as motivation the use of NiTi in endodontic files, which undergo aggressive conditions of cyclic deformation. Efforts have currently being made in the files design optimization and heat treatment performance in the wires from which they are manufactured or in the files themselves, producing instruments with an even higher performance than the traditional superelastic instruments. However, a better understating about the performed heat-treatments and the fatigue mechanisms are still scarce. In this context, this work has the aim of contributing to a better metallurgical comprehension of the mechanical effects obtained through heat-treatments of near equiatomic NiTi wires rich in Ni, relating ageing heat-treatments, the microstructure achieved through them and the resultant mechanical properties in an aggressive fatigue condition. For that, annealing heat treatments have been performed in diferent temperatures and the low cycle fatigue life was evaluated. Tension testes and X-ray diffractometry were performed for mechanical and microstructural characterization, respectively, and differential scanning calorimetry was realized to determinate the transformation temperatures. Subsequently, the heat-treatment conditions which provided the higher fatigue lives were repeated and fatigue tests in varying deformation amplitudes and temperatures were performed in order to evaluate the influence of these variables as well as the effect of the present phases for a fixed thermomechanical state. The results obtained showed that aging treatments are effective in increasing the fatigue life of superelastic NiTi wires, especially when the presence of the R-phase is achieved. These improvements were attributed to the behavior of these microstructures during mechanical cycling and to the differences during crack propagation: while austenitic wires undergo a high amount of defect accumulation, wires constituted by the R-phase have cracks ramification through the variants interfaces