Aplicabilidade e caracterização da liga Fe-SMA em fabrico aditivo por deposição a arco e fio

Abstract

As ligas com efeito de memória de forma (SMA) são materiais inteligentes que apresen- tam a capacidade de recuperar a sua forma original após serem deformadas através da remo- ção de carga ou aquecimento, seja pelo efeito de memória de forma ou pela superelasticidade. Essas características fazem das ligas SMA uma mais valia para diversos setores, incluindo o da construção civil, devido às suas propriedades mecânicas superiores, em relação aos mate- riais convencionais, e ao seu baixo custo. Nesta pesquisa, o objetivo é avaliar a aplicabilidade da liga Fe-SMA num processo de fabrico aditivo por arco e fio. Nesse sentido, foram realizados ensaios microestruturais e mecânicos para investigar as propriedades do material. A análise microestrutural revelou que a liga apresenta uma estrutura colunar dendrítica e que a peça final produzida é composta principalmente pela fase austenítica (CFC). Após a deformação, parte da fase austenítica transforma-se em fase martensítica (HCP). Os ensaios mecânicos de tração mostraram que a peça produzida apresenta boas propriedades mecânicas, com um valor de 21% de alongamento, tensão de cedência de 553 MPa e tensão de fratura de 773 Mpa. Além disso, o ensaio cíclico permitiu avaliar a estabilidade mecânica da peça ao longo dos ciclos. A análise da microdureza confirmou que a peça apresenta homogeneidade na sua com- posição. Os resultados obtidos, neste estudo, demonstram a potencial aplicação da liga Fe- SMA em processos de fabrico aditivo por arco e fio. A compreensão das propriedades micro- estruturais e mecânicas deste material pode fornecer informações valiosas para a sua utilização em múltiplas aplicações. Este trabalho contribuirá, assim, não só para a expansão do conheci- mento sobre ligas SMA, mas também para as suas possibilidades de aplicação em novos pro- cessos de fabrico.

Shape memory alloys (SMAs) are materials that fall into the category of smart materials, known for their ability to return to their original shape, through the load removal or heating, either by the shape memory effect or superelasticity. These materials have great potential in the construction industry due to their good mechanical properties combined with low cost. In this work, the applicability of an SMA alloy in an additive manufacturing process is studied. Microstructural tests are performed, and the mechanical properties of the material are tested. Microstructural analysis of the alloy reveals a dendritic columnar structure, and it can be ob- served that the final piece is mostly composed of the austenitic phase (FCC) when produced. However, after deformation, part of the austenitic phase transforms into the martensitic phase (HCP). Tensile tests show that the piece has good mechanical properties with elongation val- ues of 21%, yielding strength of 553 MPa, and fracture strength of 773 MPa. Through cyclic testing, the mechanical stability over cycles can be evaluated. Microhardness analysis confirms that the piece appears to be homogeneous. These results indicate that the SMA alloy has po- tential for use in additive manufacturing, opening up new possibilities for the construction industry.