LIGA NIQUEL- TITANIO

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LIGA NÍQUEL-TITÂNIO 
NITINOL
MESTRANDO PPCEM-MICHEL BRITO
 UNIVERSIDADE FEDERAL DA PARAÍBA – UFPB 
Níquel é um elemento químico de símbolo Ni de número atômico 28 e de massa atômica 58,7 uma. À temperatura ambiente, encontra-se no estado sólido. É um elemento de transição situado no grupo 10 da Classificação Periódica dos Elementos.
Material com grande resistência à oxidação, à corrosão e mecânica.
Sua utilização varia desde cunhagem de moedas até material bélico e fabricação de aços de alta qualidade como os aços inoxidáveis.
Tem peso especifico de 8,89 g/cm3, ponto de fusão de 1455°C e estrutura cristalina cúbica de face centrada (CFC) 
NÍQUEL
O elemento químico representado na tabela periódica com o símbolo Ti, número atômico 22 com massa atômica 47,90 uma. Trata-se de um metal de transição leve, forte, cor branca metálica, lustroso e resistente à corrosão, sólido na temperatura ambiente. 
 Boa resistência a corrosão, resistência mecânica, variando entre 240 e 690MPa
Possui densidade de 4.54g/cm3 a 298K, intermediaria a do aço, que possui densidade de 7.85g/cm³,
TITÂNIO
Propriedade (20°C)
Níquel
Titânio
Símbolo
Ni
Ti
Eletronegatividade
1,91
1,51
Raio atômico
124 pm
140pm
Estrutura cristalina
CFC
Hexagonal
Massa específica(g/cm³)
4,54
8,89
Numeroatômico
28
22
Ponto de Fusão
1455°C
1.668 °C
Tabela de comparação
INTODUÇAO:
 Memória de forma foi demonstrado pela primeira vez em 1932 pelo físico Sueco Olander em seu estudo baseado em ligas compostas por Au-Cd. Já primeiros relatos da existência da liga Nitinol datam do fim dos anos 50, mais precisamente em 1959, quando William Buehler anunciou a sua descoberta, visando encontrar outras ligas com características de memória de forma. O nome comercial atribuído à liga advém de uma combinação de palavras: as iniciais dos elementos principais (níquel e titânio) e do seu local de descoberta, no laboratório naval da marinha americana, no Naval Ordance Laboratory.
 A liga Nitinol tem uma vasta aplicação devido às propriedades de superelasticidade, memória de forma, biocompatibilidade e alta resistência à corrosão. Essas características estão presentes graças à combinação dos elementos níquel e titânio em composições equiatômicas. O efeito memória de forma, um dos efeitos mais interessantes e conhecidos nessas ligas, pode ser explicado através de transformações de fase austeníticas para martensíticas, que também propicia o aparecimento do fenômeno da superelasticidade 
 
Liga Níquel - Titânio (NITINOL)
Diagrama de fases
Representação parcial do diagrama de fases da liga Nitinol na composição equiatômica. 
Fonte KOMPATSCHER apud CAMPISTA (2005)
Porcentagem dando fase entre 48 à 58%Níquel:
O Nitinol é extremamente difícil de fazer, devido ao controle de composição excepcionalmente apertado necessário, e a tremenda reatividade do titânio. Cada átomo de titânio que combina com oxigênio ou carbono é um átomo que é roubado.
INFLUÊNCIA DO BALANCEAMENTO QUÍMICO:
Temperaturas de transformação, em função da aplicação da liga e sua composição 
Transformação de fase na ausência de tensão
A austenita é caracterizada por uma estrutura cúbica de corpo centrado (CCC), onde o átomo de níquel está no centro da estrutura cristalográfica e o átomo de titânio está nos oito vértices do cubo. A fase austenítica é microestruturalmente simétrica, por isso pode ser considerada fase de origem. A estrutura ordenada CCC é do tipo B2. A fase martensítica do NiTi é menos simétrica e caracterizada por uma estrutura monoclínica B19’. 
Deformação por maclação :
Mecanismo importante na deformação plástica de metais HC e CCC, principalmente a baixas temperaturas e em altas velocidades de deformação
Com a aplicação de tensões nas estruturas de contornos de maclas, estes irão se movimentar e durante esta deformação, produzirão uma forma para melhor acomodar estas tensões. Este mecanismo de reorientação é conhecido como demaclação. Maclação e demaclação são processos tipicamente usados em SMA, estes mecanismos são a base para explicar as propriedades macroscópicas das SMA 
Recuperaçao por Maclaçao:
RECUPERAÇÃO :
A transformação reversa induzida por aquecimento recupera a deformação plástica, a passagem para austenita produz uma grande tensão de transformação com a mesma amplitude, porém com sentido oposto a deformação plástica, assim, a SMA retorna sua forma.
Contorno de macla
Maclação e demaclação são processos tipicamente usados em SMA, estes mecanismos são a base para explicar as propriedades macroscópicas das SMA.
APARECIMENTO DE UMA TERRCEIRA FASE:
Sob certas circunstâncias, como trabalho a frio, ciclos térmicos, tratamento térmico ou composição química, uma fase intermediária conhecida como romboédrica ou fase-R, pode aparecer entre a austenita e a martensita.
Esses precipitados, além de endurecer a liga, também dificultam o deslizamento das discordâncias, que favorecem o comportamento superelástico da liga 
Dois caminhos de transformação em ligas de NiTi: primeiro estágio de transformação B2 → B19’, segundo estágio de transformação B2 → fase-R → B19’, transformação reversa B19’ → B2, fase-R → B2. (Adaptado de YANG, 2003). 
Martensita Induzida por tensao Md:
 Transformação de fase martensítica que pode ser induzida por carregamento mecânico enquanto o material está na fase austenítica Md (temperatura máxima na qual a martensita pode ser induzida por tensão) 
SUPERELASTICIDADE:
capacidade do material em sofrer grandes deformações quando submetido a um carregamento e retornar ao seu estado original com o alívio da carga. No caso do Nitinol, sendo possível recuperar totalmente uma deformação de até 10% para algumas composições da liga 
Comportamento da liga na fase austenítica, em uma temperatura acima de Md. 
Temperatura inferior que em A, acima de Af e abaixo de Md 
Baixa temperatura, com estrutura martensítica estabilizada 
Os efeitos da superelasticidade podem ser relacionados à memória de forma se levar em consideração a temperatura e o carregamento em que o material está sujeito 
Relação Tensão temperatura, com a transformação de fase, regra de Clausius-Clapeyron, dσ/dT 
É possível observar que um aumento na tensão aplicada aumenta as quatro temperaturas de transformação de fases de modo linear 
Temperaturas de transformação, em função da aplicação da liga e sua composição 
One Way Shape Memory Effect (OWSME) 
Macroscopicamente o mecanismo OWSME; (a) Martensita, (b) Carregamento e deformação na fase martensita (T < Mf), (c) Aquecimento acima da temperatura final da austenita (T > Af), (d) Resfriamento até a fase martensita (T < Mf). 
Two Way Shape Memory Effect (TWSME) 
 
Macroscopicamente o mecanismo TWSME; (a) Estado martensítico, (b) várias deformações irreversíveis, (c) aquecimento, (d) resfriamento 
Stress Assisted Two Way Shape Memory Effect (SATWSME) 
SMA é deformada por uma carga mecânica que é mantida durante o processo de aquecimento – resfriamento (Md> T > Af). Portanto, um deslocamento sob carga (trabalho externo) pode ser obtido ou, se a SMA é deformada por uma transformação prevista, um esforço mecânico é gerado. 
O intervalo de temperatura para a transformação da martensita em austenita, decorrente do aquecimento, é um pouco maior em relação a transformação inversa no resfriamento
Histereses são geralmente definidas como a diferença entre as temperaturas nas quais o material é transformado 50% em austenita no aquecimento e 50% transformado em martensita no resfriamento. Esta diferença pode ser até 30-40°C e está relacionado com a energia dissipada durante a transformação. 
Análise de DSC (Differential Scanning Calorimeter) relacionada a uma liga de NiTi.
Micrografia:
Propriedades mecânicas
Aplicações:
Video do MIT NITINOL
REFERÊNCIAS
SASHIHARA, E. M. Produção da Liga Ni-Ti com efeito de memória de forma em forno de fusão por feixe eletrônico e sua caracterizaçãoGODOI, Renan Pereira de. Estudo e Caracterização da Liga Nitinol. 2015. 
FERNANDES, G.F. Construção e caracterização de mola helicoidal com memória de forma aplicada em um atuador linear termoativado. 2014 
OTSUKA, K., and REN, X., 2005, Physical metallurgy of Ti-Ni-based shape memory alloys, Progress in Materials Science, 50, pp. 511-678. 
OSHIMA R, NAYA E., J Jpn Inst Met, 1975;39:175 
OTUKA K. and WAYMAN C. M., 1998, Shape Memory Materials, Cambridge University Press. 
Obrigado!