Title

AVALIAÇÃO TÉCNICA DO PROCESSO DE FUNDIÇÃO DE PRECISÃO PARA FABRICAÇÃO DE ATUADORES DE LIGAS COM MEMÓRIA DE FORMA

TECHNICAL EVALUATION OF THE INVESTMENT CASTING PROCESS TO MANUFACTURING SHAPE MEMORY ALLOY ACTUATORS

Authorship

Simões, Jackson de Brito; Araújor, Carlos José de

Simões, Jackson de Brito

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Araújor, Carlos José de

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DOI

10.5151/1516-392X-27185

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Abstract

As ligas com memória de forma (LMF) apresentam características funcionais de recuperação de deformações plásticas aparentes e mudança de suas propriedades mecânicas quando submetidas a variações de temperatura, proporcionando um crescente interesse para aplicações de engenharia e originando uma nova maneira de projetar sistemas mecânicos. Nesse contexto, é importante desenvolver novos métodos de fabricação de componentes e dispositivos a partir de LMF. Infelizmente essa fabricação pode ser ainda extremamente complexa e dispendiosa, principalmente para LMF do sistema Níquel-Titânio (Ni-Ti). No final do século XX, a fundição de precisão se tornou uma alternativa eficaz para a conformação de componentes de titânio e suas ligas em aplicações de alta tecnologia. Entretanto, não existem informações da utilização desse processo para fabricação de componentes mecânicos de LMF. Assim, o objetivo deste trabalho foi avaliar o processo de fundição de precisão para o desenvolvimento de novos, produtos principalmente miniatuadores ativos de LMF Ni-Ti. Para isso, foi realizada a fabricação de diferentes formatos de miniatuadores de LMF Ni-Ti (de composição nominal em peso de 54,9Ni-45,1Ti) pelo processo de fundição de precisão com molde sólido, e ainda sua caracterização térmica e por ensaios não destrutivos. Foram obtidos quatro miniatuadores distintos, nos formatos de minitubo duplo, arruela Belleville, mola e parafuso, com bom acabamento superficial. A presença da transformação de fase característica das LMF foi avaliada por técnicas de calorimetria diferencial exploratória (DSC) e resistência elétrica em função da temperatura (RET) nos quatros tipos de miniatuadores. As técnicas não destrutivas de raios X e tomografia computadorizada foram empregadas para avaliar a qualidade dos miniatuadores produzidos, sendo importantes na detecção da presença de defeitos de processo. Ficou evidente a eficiência do novo processo proposto, porém ainda se faz necessário mais investigações principalmente com relação ao comportamento termomecânico dos miniatuadores obtidos por esse processo.

Shape memory alloys (SMA) present functional characteristics of recovering apparent plastic strains and change of mechanical properties when subjected to temperature variations, providing an increasing interest for engineering applications and creating a new way of designing mechanical systems. In this context, it is important to develop new methods of manufacturing mechanical components and devices from SMA. Unfortunately, this production may be even extremely complex and expensive, especially for the Nickel- Titanium (Ni-Ti) SMA system. At the end of the 20th century, investment casting has become an effective alternative to forming titanium components for high-tech applications. However, there are not reports on the use of this process for the manufacture of mechanical components from SMA. The objective of this study was to evaluate the investment casting process for the development of new products, mainly active SMA Ni- Ti mini actuators. For this one, the manufacture of different formats of miniaturized Ni-Ti SMA actuators (nominal composition by weight of 54,9Ni-45,1Ti) by investment casting process was performed with solid molds, and also their thermal characterization and nondestructive testing. Four different mini actuators were obtained with the shapes of double mini tube, Belleville washer, spring and bolt, with good surface finish. The presence of the phase transformation, characteristic of SMA, was evaluated by techniques of differential scanning calorimetry (DSC) and electric resistance as a function of temperature (ERT) in the four shapes of mini actuators. The nondestructive techniques, computed tomography and X-ray pictures, were employed to assess the quality of the produced miniature actuators. These techniques are important for the detection of process failures. It was evident the efficiency of the proposed new process, but still need more investigations mainly related to the thermomechanical behavior of mini actuators obtained by this process.

Keywords

Ligas com memória de forma, Fundição de precisão, Atuadores de LMF, Ligas de Ni- Ti

Shape memory alloys, Investment casting precision, SMA Actuators, Ni-Ti Alloy