Transformação de fase e comportamento de deformação do NiTi

Scientific Reports volume 6, Artigo número: 23905 (2016) Citar este artigo

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Detalhes das métricas

Os fios de NiTi foram soldados através de reação eutética entre o NiTi e o pó de Nb depositados na região de contato do fio. A transformação de fase e o comportamento de deformação da microestrutura eutética NiTi-Nb foram investigados usando microscopia eletrônica de transmissão (TEM) e testes cíclicos de carga-descarga. Os resultados mostram que a fase R e a transformação da martensita B19 'são induzidas pela deformação plástica. A transformação da fase R, que contribui significativamente para a superelasticidade, ocorre preferencialmente nas interfaces entre o NiTi e a região eutética. Fase rica em Nb de formato redondo com eutéticos em forma de bastonete e tipo lamelar são observados em regiões eutéticas. Estas fases parecem afetar o comportamento de deformação da região soldada de NiTi-Nb através de cinco estágios distintos nas curvas tensão-deformação: (I) reorientação da fase R, (II) transformação da fase R da fase original, (III) deformação elástica da martensita reorientada acompanhada pela deformação plástica da fase rica em Nb e eutético lamelar NiTi-Nb, (IV) transformação martensítica B19 ′ e (V) deformação plástica da amostra.

As ligas de NiTi são amplamente utilizadas como ligas com memória de forma (SMAs) nas áreas biomédicas devido ao seu excelente efeito de memória de forma, superelasticidade, baixa rigidez e boa biocompatibilidade . Graças às transformações de fase (ou seja, B2 → R/B2 → B19′) ocorridas em ligas de NiTi que são responsáveis ​​por exibir tanto efeito de memória de forma quanto superelasticidade. As transformações de fase acima mencionadas dependem da sua composição e do tratamento termomecânico. Recentemente, SMAs de NiTi contendo Nb atraíram considerável interesse devido à sua ampla histerese de transformação e bom efeito de memória de forma. E é importante entender a transformação de fase relacionada ao efeito de memória de forma na liga TiNiNb. Kim et al.4 relataram que apenas a transformação de fase B2 para B19′ (M) é observada nas ligas de NiTi recozidas quase equiatômicas. Por outro lado, a transformação de fase B2 → R ocorre em ligas de NiTi quase equiatômicas devido à falta de homogeneidade induzida pela precipitação tanto na composição quanto nos campos de tensão internos da matriz . Verificou-se que as fases martensítica ou austenítica são obtidas na liga NiTi-Nb para uma ampla faixa de temperatura durante tratamentos termomecânicos . Hao et al.6 relataram grande deformação elástica e alta resistência em Ni41Ti39Nb20 (at.%), que resultou da transformação de fase B19 'induzida por tensão durante a deformação por tração. Foi relatado em SMAs Ni-Ti que todas as transformações de fase de e para a fase B19 'são isotérmicas e outras transformações de fase entre B2 → R e B2 → B19 são atérmicas . Estes poderiam orientar na compreensão da transformação de fase em SMAs TiNiNb. Com base nos resultados da literatura, existem vários fatores que influenciam a transformação da matriz B2 para a fase R na liga TiNiNb. Por exemplo, a falta de homogeneidade na matriz causa a transformação da fase B2 → R8. A adição de elemento de liga, como Fe9 ou Al10, também provoca a transformação de fase B2 → R.

Estudos sistemáticos foram conduzidos sobre a transformação martensítica induzida por estresse e seu processo de reorientação em TiNi e TiNiNb11,12,13. Acredita-se que a alteração da energia elástica interna e o aumento da energia irreversível durante a deformação, acompanhando a reorientação da martensita, contribuiriam para a estabilização martensítica em ligas de NiTi quase equiatômicas . Lin et al.15 descobriram que deslocamentos e lacunas criadas durante a deformação poderiam melhorar a estabilização martensítica. Para Ni47Ti44Nb9 SMA, a fase eutética β-Nb macia formada durante o processo de solidificação estabiliza efetivamente a fase austenita, absorvendo grande energia de deformação durante a formação de martensita induzida por estresse. Assim, a histerese da temperatura de transformação do NiTi-Nb SMA aumenta . No estágio inicial da deformação plástica, a fase β-Nb relaxa a energia de deformação elástica da fase da matriz B2, adiando assim o processo de transformação martensítica . De modo geral, a transformação da fase martensita e sua reorientação são consideradas os fatores-chave na melhoria do efeito de memória de forma e da superelasticidade nas ligas NiTiNb.