Mas, afinal, o que são as SMAs??

 

    Um conjunto de novos materiais que prometem são as ligas com memória de forma (Shape Memory Alloys - SMA) , metais que são conhecidos assim pela sua capacidade de recuperar determinada forma após ser aquecido acima de uma temperatura característica. É assim, imagina que aquela armação dos óculos que você adora esteja justamente no lugar em que seu filho agitado acaba de pisar, se esta armação for feita de alguma das ligas que apresentam este comportamento, para que aquela armação toda amassada voltasse a ser os óculos do seu sonho bastaria o aquecimento acima de determinada temperatura. Como em um passo de mágica, seus óculos voltariam a apresentar a mesma forma que tinha antes da deformação. No entanto, não existe mágica, o que acontece é uma transformação martensítica induzida por temperatura.

    As transformações martensíticas são transformações de fase sólido-sólido que ocorrem sem que haja difusão, ou seja, não existem movimentos de longo alcance dos átomos, mas sim um rearranjo dos átomos. Sendo assim, o processo ocorre em velocidades tais que se aproximam da velocidade do som. As transformações martensíticas podem ser induzidas por mudanças na temperatura ou na tensão a qual estão submetidos estes materiais. Por trás das varias aplicações estudadas para as ligas com memória de forma estão estas transformações martensíticas.

    O efeito memória de forma é caracterizado por esta recuperação de uma deformação com o aquecimento do SMA acima de uma temperatura característica. O que acontece é que durante a aplicação da tensão, as várias variantes martensíticas existentes tendem a se auto-acomodarem em uma forma mais estável, sofrendo o metal a uma deformação que após a retirada da tensão permanece. Este comportamento é conhecido como quasiplasticidade, podendo ser visto na Figura 1. Se este metal for aquecida acima da temperatura em que toda a fase martensítica se transforma em austenítica, ele tende a recuperar a forma inicial, fenômeno este conhecido como efeito memória de forma.

                            Figura 1. Comportamento Quasiplástico- Esquemático.

    Para um melhor entendimento destes fenômenos devemos conhecer melhor o comportamento termomecânico destas ligas. As SMAs apresentam quatro temperaturas características, as quais podem ser vistas na figura 2, a primeira destas temperaturas é a Ms (Temperatura de início de formação da Martensita), temos também a Mf (Temperatura final de formação da Martensita) na transformação direta que ocorre durante resfriamento, já na transformação inversa que ocorre durante o aquecimento temos as temperaturas As (Temperatura inicial de formação da Austenita) e Af (Temperatura final de formação da Austenita). Sendo a transformação martensítica induzida por temperatura um processo em que quando se resfria o metal, a fase martensítica se forma e cresce continuamente, enquanto que ao se aquecer a fase martensítica diminui e tende a desaparecer.  

Figura 2. Temperatura Característica das Ligas com Memória de Forma – Esquemático

    

    Já o comportamento pseudoelástico das SMAs está baseado em um transformação martensítica induzida por tensão, ocorrendo em estado completamente austenítico, ou seja, temperatura superior a Af. Neste caso, quando se aplica determinada tensão sobre o material ele se comporta inicialmente de forma elástica, ou seja, apresenta uma deformação proporcional ao nível de tensão e recuperável. Porém, à medida que a tensão aumenta, em um determinado nível praticamente constante o material passa a apresentar uma deformação grande, chegando em alguns casos a até 10% do comprimento inicial.Este comportamento é explicado pela transformação que ocorre da austenita em martensita induzida pela tensão. Após esta etapa, temos um comportamento elástico da fase martensítica, com módulo de elasticidade diferente daquele apresentado inicialmente pela fase austenítica, chegando em alguns casos ser o módulo de elasticidade da austenita três vezes superior ao módulo da martensita. Caso o material seja descarregado antes de que se atinja um nível de tensão crítico, ele será capaz de recuperar sua forma inicial. Portanto, temos entre os SMAs ligas que apresentam deformações de até 10% recuperáveis, um comportamento único destes materiais. Além disso, durante esta transformação reversa da martensita em austenita durante o descarregamento, temos uma histerese. Portanto, o material retorna por um nível de tensão inferior a aquele em que ocorreu a transformação direta da austenita em martensita. A Figura 3 representa esquematicamente esta transformação e a histerese.

Figura 3. Representação do Comportamento Pseudoelástico

     A utilização dos SMAs como absorvedores de vibração é baseado na dissipação de energia devido a histerese.Como a histerese é observada tanto nas transformações martensíticas induzidas por temperatura quanto nas induzidas por tensão, ambos comportamentos podem ser explorados, sendo a energia liberada utilizada para dissipar energia de um sistema primário. A ocorrência deste fenômeno é explicado com base no atrito que ocorre entre as superfícies das diferentes variantes martensíticas ou entre as superfícies martensíticas e austeníticas, sendo dependente da temperatura e da freqüência de vibração. A eficiência das ligas de memória de forma como absorvedores de vibração é tal que algumas ligas como CuZnAl são juntamente com o compostos de Mg os elementos com maior taxa de dissipação de energia.

    O efeito memória de forma pode ser subdividido em dois efeitos, sendo o primeiro deles o que é conhecido como efeito memória de forma propriamente dito. Neste caso, após uma deformação sofrida por uma SMA, sendo esta aquecida acima de Af ela retorna a sua forma original. No entanto, caso se resfrie esta liga, ela não sofrerá mudanças de forma. Já em um segundo efeito que pode ser observado, desde que a SMA seja treinada, temos que quando aquecida o metal apresentará uma forma e quando resfriado ele passará a ter uma outra forma.