FABRICAÇÃO E CARACTERIZAÇÃO TERMOMECÂNICA DE METAMATERIAIS EM LIGAS COM MEMÓRIA DE FORMA

Descrição

O presente projeto de pesquisa tem como objetivo a fabricação e caracterização termomecânica de metamateriais produzidos em liga com memória de forma NiTi, visando aplicações em absorção de energia de impacto e recuperação de deformação. A proposta integra conceitos de metamateriais mecânicos, materiais inteligentes e processos avançados de fabricação, buscando desenvolver estruturas leves, reutilizáveis e de elevado desempenho funcional para aplicações em setores como engenharia biomédica, aeroespacial, automotiva, defesa e engenharia civil. Os metamateriais diferenciam-se dos materiais convencionais porque suas propriedades dependem principalmente da geometria das células unitárias que compõem a estrutura. Alterações como reentrâncias, gradientes geométricos, mudanças de espessura e combinações híbridas de topologias permitem otimizar os mecanismos de deformação e os modos de colapso estrutural, ampliando significativamente o desempenho funcional dessas estruturas. Quando associadas às ligas com memória de forma, especialmente ao sistema NiTi, essas arquiteturas passam a apresentar funcionalidades adicionais de elevado interesse tecnológico, como superelasticidade e efeito de memória de forma. As ligas NiTi possuem capacidade de recuperar grandes deformações reversíveis por meio de transformações martensíticas induzidas por tensão ou temperatura, atingindo deformações recuperáveis entre 6 e 10%, muito superiores às observadas em metais convencionais. Além disso, apresentam comportamento histerético associado à transformação de fase, proporcionando elevada capacidade de dissipação de energia mecânica. Essas características tornam o NiTi altamente promissor para o desenvolvimento de metamateriais reutilizáveis para absorção de impacto. O projeto também aborda os desafios relacionados ao processamento dessas ligas. O NiTi apresenta baixa usinabilidade e dificuldades de fabricação por métodos convencionais devido à alta ductilidade, elevado encruamento e intenso desgaste de ferramentas. Como alternativa, será utilizada a Fundição Rápida de Precisão (Rapid Investment Casting – RIC), processo que integra manufatura aditiva e fundição em molde de cera perdida. Nesse método, modelos impressos em 3D são utilizados na fabricação dos moldes cerâmicos, permitindo produzir geometrias complexas e estruturas celulares complexas com maior rapidez e menor necessidade de usinagem posterior. Inicialmente, a liga Ni50.2Ti49.8 (%at) será caracterizada termicamente por calorimetria exploratória diferencial (DSC), visando determinar as temperaturas de transformação martensítica e austenítica. Em seguida, corpos de prova de tração e compressão serão fabricados por RIC e submetidos a ensaios mecânicos para avaliação do comportamento superelástico da liga sob diferentes estados de tensão. Posteriormente, serão produzidas metaestruturas propostas na literatura. Após a fabricação, essas estruturas serão submetidas à caracterização termomecânica para avaliação de sua capacidade de absorção de energia, recuperação de deformação, estabilidade cíclica e comportamento superelástico.