Caracterização da fadiga mecânica de baixo ciclo em ligas superelásticas de NiTi
Autor(a) principal: | |
---|---|
Data de Publicação: | 2006 |
Tipo de documento: | Tese |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Repositório Institucional da UFMG |
Texto Completo: | http://hdl.handle.net/1843/MAPO-7REH9X |
Resumo: | O crescimento acelerado da utilizacao de ligas superelasticas, particularmente as do sistema NiTi, em aplicacoes medicas e odontologicas, juntamente com o emprego de procedimentos cada vez menos invasivos, tem imposto a necessidade crescente de investigacao da tecnologia de producao e do comportamento desses materiais. Como, na maioria dos casos, esses materiais estao submetidos a solicitacoes mecanicas ciclicas, o conhecimento da sua resposta a fadiga torna-se fundamental para a seguranca na suautilizacao. Entretanto, a natureza nao-linear da superelasticidade dificulta a modelagem, atraves das teorias classicas, do comportamento mecanico de materiais que apresentam esta propriedade. Assim, varios aspectos do comportamento dessas ligas permanecem controversos. O presente trabalho visou estudar o comportamento em fadiga de baixo ciclo de fios de NiTi, submetidos a ensaios de flexao rotativa sob controle de deformacao. Foram empregados cinco tipos de fios - um com microestrutura austenitica estavel, dois superelasticos, um bifasico (microestrutura austenitica e martensitica) e um martensitico estavel. As curvas de vida em fadiga obtidas foram comparadas entre si e com asencontradas na literatura. A microestrutura dos fios foi caracterizada antes e apos os ensaios de fadiga. Foi observado que, nas condicoes testadas, os fios martensiticos apresentaram a maior vida em fadiga. Os resultados de uma modelagem numerica pelo metodo dos elementos finitos sugeriram que a concentracao de tensoes e deformacoes ebem menos intensa no fio martensitico e propoe-se que esta seja uma das razoes da maior vida em fadiga deste fio. Mostrou-se que os fios superelastico e bifasico apresentam curvas de fadiga que, para deformacoes menores que 4%, se aproximam da curva do fioaustenitico. Entretanto, para deformacoes mais altas, um crescimento da vida em fadiga faz com que suas curvas passem a se aproximar gradativamente da curva do fio martensitico, adquirindo a inesperada forma de um ... Foi verificado que variacoes no trecho em ....das curvas de fadiga estao relacionadas a diferencas na estabilidade da austenita nos fios. Alem disso, foi possivel relacionar esse efeito .... com alteracoes nas superficies de fadiga e na morfologia das trincas. Propoe-se que este efeito seja devido a inibicao da formacao de martensita na ponta da trinca, causada pela reducao de volume associada a esta transformacao. Esta inibicao e superada quando as deformacoes sao mais altas e um volume crescente de martensita e formado no material, dificultando a nucleacao e propagacao de trincas de fadiga. |
id |
UFMG_f5d581205f1f9d72d4dda2f5de52f761 |
---|---|
oai_identifier_str |
oai:repositorio.ufmg.br:1843/MAPO-7REH9X |
network_acronym_str |
UFMG |
network_name_str |
Repositório Institucional da UFMG |
repository_id_str |
|
spelling |
Paulo Jose ModenesiVicente Tadeu Lopes BuonoGabriel de Oliveira RibeiroVicente Tadeu Lopes BuonoBerenice Mendonca GonzalezGabriel de Oliveira RibeiroEvando Mirra de Paula e SilvaLeonardo Barbosa GodefroidAna Maria Gontijo Figueiredo2019-08-13T20:28:17Z2019-08-13T20:28:17Z2006-12-06http://hdl.handle.net/1843/MAPO-7REH9XO crescimento acelerado da utilizacao de ligas superelasticas, particularmente as do sistema NiTi, em aplicacoes medicas e odontologicas, juntamente com o emprego de procedimentos cada vez menos invasivos, tem imposto a necessidade crescente de investigacao da tecnologia de producao e do comportamento desses materiais. Como, na maioria dos casos, esses materiais estao submetidos a solicitacoes mecanicas ciclicas, o conhecimento da sua resposta a fadiga torna-se fundamental para a seguranca na suautilizacao. Entretanto, a natureza nao-linear da superelasticidade dificulta a modelagem, atraves das teorias classicas, do comportamento mecanico de materiais que apresentam esta propriedade. Assim, varios aspectos do comportamento dessas ligas permanecem controversos. O presente trabalho visou estudar o comportamento em fadiga de baixo ciclo de fios de NiTi, submetidos a ensaios de flexao rotativa sob controle de deformacao. Foram empregados cinco tipos de fios - um com microestrutura austenitica estavel, dois superelasticos, um bifasico (microestrutura austenitica e martensitica) e um martensitico estavel. As curvas de vida em fadiga obtidas foram comparadas entre si e com asencontradas na literatura. A microestrutura dos fios foi caracterizada antes e apos os ensaios de fadiga. Foi observado que, nas condicoes testadas, os fios martensiticos apresentaram a maior vida em fadiga. Os resultados de uma modelagem numerica pelo metodo dos elementos finitos sugeriram que a concentracao de tensoes e deformacoes ebem menos intensa no fio martensitico e propoe-se que esta seja uma das razoes da maior vida em fadiga deste fio. Mostrou-se que os fios superelastico e bifasico apresentam curvas de fadiga que, para deformacoes menores que 4%, se aproximam da curva do fioaustenitico. Entretanto, para deformacoes mais altas, um crescimento da vida em fadiga faz com que suas curvas passem a se aproximar gradativamente da curva do fio martensitico, adquirindo a inesperada forma de um ... Foi verificado que variacoes no trecho em ....das curvas de fadiga estao relacionadas a diferencas na estabilidade da austenita nos fios. Alem disso, foi possivel relacionar esse efeito .... com alteracoes nas superficies de fadiga e na morfologia das trincas. Propoe-se que este efeito seja devido a inibicao da formacao de martensita na ponta da trinca, causada pela reducao de volume associada a esta transformacao. Esta inibicao e superada quando as deformacoes sao mais altas e um volume crescente de martensita e formado no material, dificultando a nucleacao e propagacao de trincas de fadiga.The continuous growth of the use of superelastic alloys, especially those of the Ni-Ti system, in medical and odontologic applications, together with the growing trend to less invasive procedures, have imposed an ever growing need for the investigation of the production technology and performance of those materials. As, in most applications, these materials are subjected to cyclic mechanical loads, the knowledge of their fatigue behavior is fundamental to their safe use. However, the non linear characteristics of superelasticity make the classic theories inadequate to model the mechanical behavior of materials that present such property. Therefore, many aspects of the behavior of these materials are still controversial. The present investigation focuses the low-cycle fatigue behavior of NiTi wires subjected to deformation-control rotation-bending conditions. Five wires - one with a microstructure of stable austenite, two superelastic, one with a microstructure of austeniteand martensite (dual phase), and one martensitic - were used. An austenitic stainless steel wire was also tested for comparison. Fatigue a-Nf curves were obtained and compared to results available in the literature. It was observed that, for the conditions tested, fatigue lifeof the martensitic wires is the longest. Numerical modeling by the finite element method suggested that deformation and stress concentration was much less intense in martensite and it is proposed that this may contribute to the longer fatigue life of the martensitic wire. The microstructure of the wires was characterized both before and after the fatigue testing. It was shown that the superelastic and dual phase wires present fatigue curves that, for deformation below 4%, are close to that of the austenitic wire. However, for higher deformation, their fatigue curves tend to approach that of the martensitic wire. This causes, for those wires, an increase of fatigue live, resulting in unexpected Z-shaped curves. It is shown that the changes in the Z segment of fatigue curves are related to the relative stability of the austenite in the wires. Furthermore, this Z effect can also be linked to changes in the fatigue fracture surface and crack morphologies. It is proposed that sucheffect is caused by the inhibition of martensite formation at the crack tip by the volume reduction associated to the transformation. This inhibition is overcame for higher imposed deformation, and an ever increasing volume of martensite is formed in the material that makes it more difficult for the nucleation and growth of fatigue cracks.Universidade Federal de Minas GeraisUFMGEngenharia metalúrgicaResistência de materiaisMetais FadigaMetalurgia de transformaçãoFadiga de baixo cicloSuperelasticidadeFadiga de materiais metálicosLigas NiTiCaracterização da fadiga mecânica de baixo ciclo em ligas superelásticas de NiTiinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisinfo:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Repositório Institucional da UFMGinstname:Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG)instacron:UFMGORIGINALana_maria_figuereido.pdfapplication/pdf5943791https://repositorio.ufmg.br/bitstream/1843/MAPO-7REH9X/1/ana_maria_figuereido.pdf401e8c509885b3122f4b52442cd51b84MD51TEXTana_maria_figuereido.pdf.txtana_maria_figuereido.pdf.txtExtracted texttext/plain357772https://repositorio.ufmg.br/bitstream/1843/MAPO-7REH9X/2/ana_maria_figuereido.pdf.txt8f698da12c926b05558bea4cf90b5296MD521843/MAPO-7REH9X2019-11-14 15:52:13.217oai:repositorio.ufmg.br:1843/MAPO-7REH9XRepositório de PublicaçõesPUBhttps://repositorio.ufmg.br/oaiopendoar:2019-11-14T18:52:13Repositório Institucional da UFMG - Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG)false |
dc.title.pt_BR.fl_str_mv |
Caracterização da fadiga mecânica de baixo ciclo em ligas superelásticas de NiTi |
title |
Caracterização da fadiga mecânica de baixo ciclo em ligas superelásticas de NiTi |
spellingShingle |
Caracterização da fadiga mecânica de baixo ciclo em ligas superelásticas de NiTi Ana Maria Gontijo Figueiredo Fadiga de baixo ciclo Superelasticidade Fadiga de materiais metálicos Ligas NiTi Engenharia metalúrgica Resistência de materiais Metais Fadiga Metalurgia de transformação |
title_short |
Caracterização da fadiga mecânica de baixo ciclo em ligas superelásticas de NiTi |
title_full |
Caracterização da fadiga mecânica de baixo ciclo em ligas superelásticas de NiTi |
title_fullStr |
Caracterização da fadiga mecânica de baixo ciclo em ligas superelásticas de NiTi |
title_full_unstemmed |
Caracterização da fadiga mecânica de baixo ciclo em ligas superelásticas de NiTi |
title_sort |
Caracterização da fadiga mecânica de baixo ciclo em ligas superelásticas de NiTi |
author |
Ana Maria Gontijo Figueiredo |
author_facet |
Ana Maria Gontijo Figueiredo |
author_role |
author |
dc.contributor.advisor1.fl_str_mv |
Paulo Jose Modenesi |
dc.contributor.advisor-co1.fl_str_mv |
Vicente Tadeu Lopes Buono |
dc.contributor.advisor-co2.fl_str_mv |
Gabriel de Oliveira Ribeiro |
dc.contributor.referee1.fl_str_mv |
Vicente Tadeu Lopes Buono |
dc.contributor.referee2.fl_str_mv |
Berenice Mendonca Gonzalez |
dc.contributor.referee3.fl_str_mv |
Gabriel de Oliveira Ribeiro |
dc.contributor.referee4.fl_str_mv |
Evando Mirra de Paula e Silva |
dc.contributor.referee5.fl_str_mv |
Leonardo Barbosa Godefroid |
dc.contributor.author.fl_str_mv |
Ana Maria Gontijo Figueiredo |
contributor_str_mv |
Paulo Jose Modenesi Vicente Tadeu Lopes Buono Gabriel de Oliveira Ribeiro Vicente Tadeu Lopes Buono Berenice Mendonca Gonzalez Gabriel de Oliveira Ribeiro Evando Mirra de Paula e Silva Leonardo Barbosa Godefroid |
dc.subject.por.fl_str_mv |
Fadiga de baixo ciclo Superelasticidade Fadiga de materiais metálicos Ligas NiTi |
topic |
Fadiga de baixo ciclo Superelasticidade Fadiga de materiais metálicos Ligas NiTi Engenharia metalúrgica Resistência de materiais Metais Fadiga Metalurgia de transformação |
dc.subject.other.pt_BR.fl_str_mv |
Engenharia metalúrgica Resistência de materiais Metais Fadiga Metalurgia de transformação |
description |
O crescimento acelerado da utilizacao de ligas superelasticas, particularmente as do sistema NiTi, em aplicacoes medicas e odontologicas, juntamente com o emprego de procedimentos cada vez menos invasivos, tem imposto a necessidade crescente de investigacao da tecnologia de producao e do comportamento desses materiais. Como, na maioria dos casos, esses materiais estao submetidos a solicitacoes mecanicas ciclicas, o conhecimento da sua resposta a fadiga torna-se fundamental para a seguranca na suautilizacao. Entretanto, a natureza nao-linear da superelasticidade dificulta a modelagem, atraves das teorias classicas, do comportamento mecanico de materiais que apresentam esta propriedade. Assim, varios aspectos do comportamento dessas ligas permanecem controversos. O presente trabalho visou estudar o comportamento em fadiga de baixo ciclo de fios de NiTi, submetidos a ensaios de flexao rotativa sob controle de deformacao. Foram empregados cinco tipos de fios - um com microestrutura austenitica estavel, dois superelasticos, um bifasico (microestrutura austenitica e martensitica) e um martensitico estavel. As curvas de vida em fadiga obtidas foram comparadas entre si e com asencontradas na literatura. A microestrutura dos fios foi caracterizada antes e apos os ensaios de fadiga. Foi observado que, nas condicoes testadas, os fios martensiticos apresentaram a maior vida em fadiga. Os resultados de uma modelagem numerica pelo metodo dos elementos finitos sugeriram que a concentracao de tensoes e deformacoes ebem menos intensa no fio martensitico e propoe-se que esta seja uma das razoes da maior vida em fadiga deste fio. Mostrou-se que os fios superelastico e bifasico apresentam curvas de fadiga que, para deformacoes menores que 4%, se aproximam da curva do fioaustenitico. Entretanto, para deformacoes mais altas, um crescimento da vida em fadiga faz com que suas curvas passem a se aproximar gradativamente da curva do fio martensitico, adquirindo a inesperada forma de um ... Foi verificado que variacoes no trecho em ....das curvas de fadiga estao relacionadas a diferencas na estabilidade da austenita nos fios. Alem disso, foi possivel relacionar esse efeito .... com alteracoes nas superficies de fadiga e na morfologia das trincas. Propoe-se que este efeito seja devido a inibicao da formacao de martensita na ponta da trinca, causada pela reducao de volume associada a esta transformacao. Esta inibicao e superada quando as deformacoes sao mais altas e um volume crescente de martensita e formado no material, dificultando a nucleacao e propagacao de trincas de fadiga. |
publishDate |
2006 |
dc.date.issued.fl_str_mv |
2006-12-06 |
dc.date.accessioned.fl_str_mv |
2019-08-13T20:28:17Z |
dc.date.available.fl_str_mv |
2019-08-13T20:28:17Z |
dc.type.status.fl_str_mv |
info:eu-repo/semantics/publishedVersion |
dc.type.driver.fl_str_mv |
info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
format |
doctoralThesis |
status_str |
publishedVersion |
dc.identifier.uri.fl_str_mv |
http://hdl.handle.net/1843/MAPO-7REH9X |
url |
http://hdl.handle.net/1843/MAPO-7REH9X |
dc.language.iso.fl_str_mv |
por |
language |
por |
dc.rights.driver.fl_str_mv |
info:eu-repo/semantics/openAccess |
eu_rights_str_mv |
openAccess |
dc.publisher.none.fl_str_mv |
Universidade Federal de Minas Gerais |
dc.publisher.initials.fl_str_mv |
UFMG |
publisher.none.fl_str_mv |
Universidade Federal de Minas Gerais |
dc.source.none.fl_str_mv |
reponame:Repositório Institucional da UFMG instname:Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG) instacron:UFMG |
instname_str |
Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG) |
instacron_str |
UFMG |
institution |
UFMG |
reponame_str |
Repositório Institucional da UFMG |
collection |
Repositório Institucional da UFMG |
bitstream.url.fl_str_mv |
https://repositorio.ufmg.br/bitstream/1843/MAPO-7REH9X/1/ana_maria_figuereido.pdf https://repositorio.ufmg.br/bitstream/1843/MAPO-7REH9X/2/ana_maria_figuereido.pdf.txt |
bitstream.checksum.fl_str_mv |
401e8c509885b3122f4b52442cd51b84 8f698da12c926b05558bea4cf90b5296 |
bitstream.checksumAlgorithm.fl_str_mv |
MD5 MD5 |
repository.name.fl_str_mv |
Repositório Institucional da UFMG - Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG) |
repository.mail.fl_str_mv |
|
_version_ |
1803589283648372736 |