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Tipo do documento: Dissertação
Título: Estudo da influência do teor de Ni nas transformações de fases das ligas com memória de forma Ni100-xTix via dinâmica molecular
Título(s) alternativo(s): Study of the influence of Ni contente on phase transformations of Ni100-xTix shape memory alloys via molecular dynamics
Autor: Souza, Pedro Henrique Pinheiro de 
Primeiro orientador: Aliaga, Luis César Rodríguez
Primeiro membro da banca: Cella, Norberto
Segundo membro da banca: Rios, Carlos Triveño
Resumo: Ligas Ni100-xTix (45 < x < 55) foram estudadas usando simulações de dinâmica molecular (DM) sob o potencial método do átomo imerso modificado, MEAM, para determinar o limite composicional em que as ligas apresentam transformações martensíticas (TM). Inicialmente, ligas com composição equiatômica, foram produzidas a partir da estrutura cristalina B2, minimizadas e relaxadas a 100 K, por um período de 10 ps, sob o ensemble canônico, NVT. Na sequência a liga foi aquecida e resfriada às taxas de 7,0, 5,0, 3,5 e 2,0 K/ps na faixa de temperaturas de 100 a 500 K. A depender da composição, se observa o surgimento de histerese térmica entre as fases B2 e B19´ e da TM reversa ou até mesmo nenhum desses comportamentos. A caracterização estrutural foi feita computacionalmente por meio da difração de raios-X e a difração de elétrons. O processamento das ligas Ni45Ti55, Ni47,5Ti52,5, Ni52,5Ti47,5 e Ni45Ti55 seguiu o mesmo processamento computacional já descrito, entretanto, as taxas térmicas utilizadas foram de 5,0 e 2,0 K/ps. A liga Ni45Ti55 não apresentou histerese, mas observou-se, nas etapas de aquecimento e resfriamento, um leve declive no gráfico da energia potencial (EP) x temperatura (T) e uma mudança nas arestas da estrutura cristalina, no gráfico de Li x T, (Li = arestas da caixa de simulação dos eixos x, y e z) indicando uma transformação de fases B2 para tetragonal. A liga Ni47,5Ti52,5 apresentou mudança de EP, no gráfico EP x T indicando a existência da transformação de fases (Tetragonal → B2). Além disso, as curvas não se sobrepõem, indicando a existência de histerese. O gráfico Li x T apresentou uma mudança abrupta das dimensões da estrutura cristalina indicando que as transformações de fase ocorreram em uma única etapa. De maneira semelhante à liga Ni50Ti50 apresentou histerese térmica, no gráfico EP x T, porém, a fase R surgiu apenas no resfriamento. Já a liga Ni52,5Ti47,5 registrou, no gráfico EP x T, uma transformação martensítica em duas etapas (B2→R→B19´) e uma histerese bem definida, de forma semelhante à liga equiatômica, no entanto, apresentou as transições de fases tanto no aquecimento quanto no resfriamento. Por fim, a curva EP x T da liga Ni55Ti45 apresentou uma mudança de fases na etapa de aquecimento, à taxa de 5 K/ps, comportamento que não se repetiu à taxa de 2K/ps e na etapa de resfriamento independentemente da taxa térmica, evidenciando um comportamento atípico e complexo. Desta forma, estimou-se que a faixa composicional para se observar transformações martensíticas é de aproximadamente 47,5 a 52,5 % at. de Ni.
Abstract: Ni100-xTix (45 < x < 55) alloys were studied by using molecular dynamics simulations, under the modified embedded atom method (MEAM) interatomic potential to determine the compositional limit at which alloys exhibit martensitic transformations. Initially equiatomic composition alloys were produced from the B2 crystalline structure, minimized and relaxed to 100 K for 10 ps, under the canonical ensemble, NVT. Subsequently, the alloy was heated and cooled at rates of 7.0, 5.0, 3.5 and 2.0 K/ps in the temperatures range of 100 to 500 K. Depending on the alloy composition, was observed the appearance of thermal hysteresis between phases B2 and B19' and the reverse transformation or even none of these behaviors. The structural characterization was computationally realized by using both the X-ray and electron diffraction. The processing of the Ni45Ti55, Ni47.5Ti52.5, Ni52.5Ti47.5 and Ni45Ti55 alloys followed the same computational procedure described above, however, the thermal rates used were 5.0 and 2.0 K/ps. The Ni45Ti55 alloy does not show hysteresis, but it was observed, in the heating and cooling steps, a slight slope in the graph of potential energy (EP) x temperature (T) and a change in the edges of the crystal structure, in the graph of Li x T, (Li = edges of the x, y and z axes simulation box) indicating a transformation from B2 to tetragonal phases. The alloy Ni47.5Ti52.5 showed change in EP, in the EP x T graph indicating the existence of phase transformation (Tetragonal → B2). Furthermore, the curves do not overlap, indicating the existence of hysteresis. The Li x T graph showed an abrupt change in the dimensions of the crystal structure indicating that the phase transformations occurred in a single step. Similarly, to the Ni50Ti50 alloy presented thermal hysteresis, in the EP x T graph, however, the R phase appeared only during cooling. The Ni52.5Ti47.5 alloy displayed, in the EP x T graph, a martensitic transformation in two stages (B2→R→B19') and a well-defined hysteresis, similarly to the equiatomic alloy, however, it presented the phase transitions in both heating and cooling steps. Finally, the EP x T curve of the e Ni45Ti55 alloy showed a phase shift in the heating step, at the rate of 5 K/ps, a behavior that was not repeated at the rate of 2K/ps and in the cooling step regardless of the thermal rate, evidencing an atypical and complex behavior. Thus, it was estimated that the compositional range to observe martensitic transformations is approximately 47.5 to 52.5% at. of Ni.
Palavras-chave: Molecular dynamics
Thermal hysteresis
Martensitic transformation
Hysteresis
Shape memory
Ligas (Metalurgias)
Tratamento térmico
Tranformações martensítricas
Dinâmica molecular
Transições de fases
Memória de forma
Área(s) do CNPq: ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA::METALURGIA FISICA
Idioma: por
País: Brasil
Instituição: Universidade do Estado do Rio de Janeiro
Sigla da instituição: UERJ
Departamento: Centro de Tecnologia e Ciências::Instituto Politécnico
Programa: Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia de Materiais
Citação: SOUZA, Pedro Henrique Pinheiro de. Estudo da influência do teor de Ni nas transformações de fases das ligas com memória de forma Ni100-xTix via dinâmica molecular. 2021. 77 f. Dissertação (Mestrado em Ciência e Tecnologia de Materiais) - Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Nova Friburgo, 2021.
Tipo de acesso: Acesso Aberto
URI: http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/16999
Data de defesa: 22-Ago-2021
Aparece nas coleções:Mestrado em Ciência e Tecnologia de Materiais

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