Propriedades Mecânicas em Flexão e Torção de Fios - IME

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ásicos que regem o comportamento de qualquer material, ou seja, suas propriedades, sua estrutura e seu processamento (William D. Callister, 2007). Na aplicação ortodôntica, os aspectos mais preocupantes para uso dos fios com memória de forma são: i) o comportamento mecânico do fio na temperatura oral de 37º C, ii) a temperatura que o fio deve induzir a movimentação dentária e, iii) o comportamento na temperatura ambiente, para permitir que o ortodontista manuseie o fio com facilidade e adapte no bracket ortodôntico. Estas propriedades dependem dos fenômenos que ocorrem em escala atômica e definem a temperatura de transformação de fase martensita-autenita. A liga Ni-Ti apresenta a estrutura cristalina austenítica (γ) em alta temperatura (B2). Com o resfriamento observa-se a transformação martensítica. Esta transformação pode ser induzida por deformação ou variação de temperatura. Nas duas situações ocorre a formação da fase B19’ ou da fase B19. É essa transformação no estado sólido que permite que o Ni-Ti recupere grandes deformações espontaneamente (propriedade superelástica da fase autenítica), ou através de um aumento na temperatura (efeito memória de forma na fase martensita) (Frick, Ortega et al., 2005). Os três possíveis caminhos da transformação das ligas de Ni-Ti são representados na FIG. 1. FIG. 1 - Três possíveis caminhos de transformação das ligas a base de Ni-Ti (Otsuka e Ren, 2005) 21
2.2 TRANSFORMAÇÃO DE FASES O comportamento das ligas de Ni-Ti durante a deformação e recuperação de forma é explicada com base na transformação de fase da austenita em martensita e as características da estrutura cristalina. Um mecanismo atômico bem conhecido é ilustrado na FIG. 2. A fase estável da liga Ni-Ti depende da temperatura, a fase austenítica estável em alta temperatura é cúbica de corpo centrado (B2) e em baixa temperatura é ortorrômbica ou monoclínica (martensita B19 ou B19’). A fase martensítica possui muitas variantes, e cada variante tem uma célula unitária direcional (FIG. 2 b). Por exemplo, a célula unitária martensítica é representada como um paralelepípedo inclinado para a direção positiva ou negativa ao longo do eixo X. Células inclinadas na mesma direção constituem um plano cristalino ou camada, e a direção da inclinação alterna-se entre as camadas. As camadas são chamadas variantes. A fase martensítica é gerada pelo resfriamento da estrutura B2 mostrado na FIG. 2(a). Variantes aleatoriamente orientadas são geradas, como mostrado na FIG. 2(b). Quando um carregamento cisalhante é aplicado nesse estado, algumas das camadas mudam sua orientação, como mostrado na FIG. 2(c). A mudança estrutural induz a mudança de forma macroscópica. Quando o carregamento cisalhante é cessado, a deformação não retorna ao estado original, exceto por uma leve recuperação elástica. Quando a liga é aquecida na temperatura de transformação, a martensita se transforma na estrutura B2, com o resfriamento ocorre reversão da transformação. A fase B2 (austenita) possui estrutura cristalina cúbica, com a transformação de fase a forma da célula unitária independe da orientação das camadas martensíticas da estrutura. Portanto, a liga retoma a forma macroscópica original. As alterações das formas são conhecidas. No entanto, os mecanismos envolvidos não são completamente explicados, uma vez que o comportamento dinâmico ocorre em um amplo espectro de temperatura e envolve vários parâmetros. (Uehara, 2010) 22
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