Evaluation of cryogenic treatments on mechanical and thermical properpies of NI48-TI52 alloy

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2016.As Ligas com Memória de Forma - LMF apresentam um grande potencial de aplicação nas diversas áreas da engenharia e da medicina. De maneira especial, naquelas onde esses materiais são empregados como atuadores, observa-se uma necessidade de aprimoramento de suas propriedades com sua resistência à fadiga termomecânica e à fadiga estrutural. Neste trabalho investiga-se o potencial de tratamento criogênico para alterar propriedades de LMF. O tratamento criogênico profundo vem sendo empregado há décadas para aprimorar propriedades materiais em aços como o aumento de resistência ao desgaste em aços ferramentas e da vida à fadiga em materiais ferrosos. O objetivo do presente trabalho foi investigar a influência de tratamento criogênico profundo em propriedades mecânicas (módulo elástico, amortecimento e dureza) e térmicas (temperaturas de transformação de fase e calor latente de transformação) da liga Ni48-Ti52. Para isso, realizou-se uma análise comparativa experimental dessas propriedades antes de depois do tratamento criogênico a -196oC por diferentes tempos de imersão. Os corpos de provas foram preparados e denominados NiTi_CR (CP’S como recebido), NiTi_TC12, NiTi_TC18 e NiTi_TC24 (CP´s tratados criogenicamente por imersão a -196oC por 12, 18 e 24 horas respectivamente). A taxa de resfriamento e aquecimento utilizada foi de 18°C/h. As referidas propriedades térmicas foram medidas por Calorimetria Diferencial de Varredura e as propriedades mecânicas por Excitação por Impulso. A análise microestrutural foi baseada em microscopias ótica e eletrônica de varredura e difratometria de raio-X. Os resultados mostraram que o tratamento criogênico afeta todas as propriedades investigadas, com destaque para a redução do calor latente de transformação e o aumento do fator de amortecimento. A análise microestrutural sinaliza que essas alterações podem estar associadas a alterações do tamanho de grão e de precipitados.Smart Memory Alloys-SMA have a great potential for application in various engineering and medicine fields. In a special way, in those where these materials are used as actuators, there is a need for improvement of its properties such as resistance to thermomechanical fatigue and structural fatigue. This work investigates the potential of cryogenic treatment to change properties of SMA. Deep cryogenic treatment has been used for decades to enhance material properties in steels as the wear resistance increase in tool steels and fatigue life in ferrous materials. The objective of this study is to investigate the influence of deep cryogenic treatment on mechanical properties (elastic modulus, damping and stiffness) and thermal (phase transformation temperatures and latent heat processing) of Ni48-Ti52 alloy. In this sense, was carried out an experimental comparative analysis of these properties before and after the cryogenic treatment at -196ºC using different immersion times. The test samples were prepared and referred as NiTi_CR (CPs as received), NiTi_TC12, and NiTi_TC18 NiTi_TC24 (CP's cryogenically treated by immersion -196oC for 12, 18 and 24 hours respectively). The heating and cooling rate used was 18 ° C / hr. These thermal properties were measured by Differential Scanning Calorimetry and the mechanical properties by Impulse Excitation. Microstructural analysis was based on optical and electronic microscopy scanning and X-ray diffraction. The results showed that cryogenic treatment affects all the properties investigated, with emphasis on reducing the latent heat of transformation and increased damping factor. Microstructural analysis indicates that these changes may be associated with changes in grain size and precipitates