Magíster en Ciencias de la Ingeniería Mención Mecánica / Ingeniero Civil Mecánico / El efecto de superelasticidad y memoria de forma presentada por las aleaciones con memoria de forma está relacionado con una transformación martensítica inducida por esfuerzo. Por otro parte, la aleación utilizada Cu-11,8%p.Al-0,5%p.Be policristalina (producida por Trefimetaux, Francia), la cual presenta un comportamiento superelástico a temperatura ambiente, se ha observado que tal comportamiento se extiende hasta aproximadamente 3-4% de elongación, para deformaciones mayores, en el llamado rango post-superelástico (RPSE) se tiene, al retirar la carga, martensita retenida y deformaciones permanentes. El objetivo general de esta tesis es estudiar el mecanismo microestructural que controla el amortiguamiento interno en el rango post-superelástico de esta aleación, sometida a tracción cíclica a temperatura ambiente. Se emplearon unas muestras cilíndricas de 3,5 mm de diámetro y probetas planas de 3 mm de espesor. Con estas se realizaron ensayos de tracción (carga-descarga), hasta distintas deformaciones (ε_i^m= 0 - 13,9 %) a temperatura ambiente y a dos velocidades de deformación de 2,5 mm/min y 10 mm/min. Para las cilíndricas durante los ensayos se midió la temperatura superficial de las probetas, Tp. Se determinaron curvas esfuerzo-deformación σ-ε y temperatura-deformación Tp-ε para un único ciclo de carga-descarga por probeta. Mientras que paras las planas durante los ensayos se tomaron micrografías in-situ. A muestras deformadas se les aplicó metalografía óptica. En las curvas σ-ε se observaron los habituales rangos para estas aleaciones: elástico, superelástico, y post-superelástico. De esas curvas, se determinaron los siguientes valores de propiedades, valores que en general son concordantes con resultados previos: módulo de Young E= 80,4 GPa, esfuerzo de transformación σ_T = 258 MPa, y esfuerzo de fractura σ_UTS= 858 MPa para una elongación de 13,9%, aproximadamente. Se estableció que la deformación asociada al inicio del RPSE corresponde a ε_LSE= 4,16%, aproximadamente a 440 [MPa]. El análisis metalográfico reveló que las probetas deformadas en el RPSE presentaron martensita retenida en una matriz de austenita. Así, al aumentar la deformación impuesta, se verificó que, después de descargar, la fracción en volumen de la austenita (fvA) es decreciente y la de martensita retenida (fvM) es creciente. La nanoindentación reflejó que la martensita tiene un módulo elástico y dureza inferiores a los de la austenita, lo que se traduce en un comportamiento más dúctil que ésta última, lo que sirve para explicar varios fenómenos observados en la fractura. También se observó que el amortiguamiento interno aumenta con la ε_i^m en el RPSE, hasta llegar a un máximo a mediados de este rango. Esto se puede explicar porque, a mayor ε_i^m habrá más martensita y menos austenita, lo que reflejaría una gran influencia en el amortiguamiento interno, dada por la recuperación desde martensita reversible a austenita. Sin embargo, gracias a las observaciones in-situ en muestras cargadas con esfuerzos fue posible observar que siempre se mantiene un 30% de martensita reversible, lo que explicaría la existencia de amortiguamiento interno hasta niveles de 14% de deformación.

Orientador : Jacobus Willibrordus Swart / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-01T03:19:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Yoshioka_RicardoToshinori_D.pdf: 5664583 bytes, checksum: 23bca28e4856ca609fc3f0c59981bf76 (MD5) Previous issue date: 2001 / Doutorado

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Mecánica / El efecto de superelasticidad y memoria de forma presentada por las aleaciones con memoria de forma está relacionado con una transformación martensítica inducida por esfuerzo. Por otro parte, en una aleación Cu-11,8%p.Al-0,5%p.Be policristalina, la cual presenta un comportamiento superelástico a temperatura ambiente, se ha observado que tal comportamiento se extiende hasta aproximadamente 3-4% de elongación; para deformaciones mayores, en el llamado rango post-superelástico (RPSE) se tiene, al retirar la carga, martensita retenida y deformaciones permanentes. En el RPSE se han detectado ciclos de histéresis, asociados a amortiguamiento interno. El objetivo de esta tesis es estudiar las transformaciones microestructurales de una aleación Cu-11,8% p. Al-0,5% p. Be deformada por tracción en el RPSE, para obtener información acerca del mecanismo de amortiguamiento interno en ese rango. Se empleó una aleación Cu-11,8%p.Al-0,5%p.Be producida por Trefimetaux (Francia), bajo la forma de alambres de 3,4 mm de diámetro. Trozos de 100 mm de longitud se sometieron a un envejecimiento convencional a 100ºC por 24 h. Con algunos de esos trozos se realizaron ensayos de tracción (carga-descarga), hasta distintas deformaciones (εim= 0 - 10,7 %) a temperatura ambiente y a una velocidad de deformación de 10 mm/min. Durante los ensayos se midió la temperatura superficial de las probetas, Tp. Se determinaron curvas esfuerzo-deformación σ-ε y temperatura-deformación Tp-ε para un único ciclo de carga-descarga por probeta. A muestras deformadas se les aplicó metalografía óptica. Por calorimetría diferencial de barrido (DSC) se analizaron muestras para distintos εim, aplicando tres ciclos de enfriamiento-calentamiento (-100 a +500°C), a 10°C/min. En las curvas σ-ε se observaron los habituales rangos para estas aleaciones: elástico, superelástico, y post-superelástico. De esas curvas, se determinaron los siguientes valores de propiedades, valores que en general son concordantes con resultados previos: módulo de Young E= 82 GPa, esfuerzo de transformación σT= 237 MPa, y esfuerzo de fractura σF= 692 MPa para una elongación de 10,7%, aproximadamente. Se estableció que la deformación asociada al inicio del RPSE corresponde a εLSE= 3,8%, aproximadamente. Por otra parte, la forma de las curvas Tp-ε presentan rangos, en términos de esfuerzos, que coinciden con aquellos observados en las curvas σ-ε. El análisis metalográfico reveló que las probetas deformadas en el RPSE presentaron martensita retenida en una matriz de austenita. Así, al aumentar la deformación impuesta, se verificó que, después de descargar, la fracción en volumen de la austenita (fV) es decreciente y la de martensita retenida (fVM) es creciente. El análisis por DSC de las probetas deformadas en el RPSE, mostró máximos calorimétricos en el rango inicial de bajas temperaturas del primer ciclo térmico, los cuales son consistentes con que a mayor εim, mayor es la fVM retenida y menor la de austenita. Además, al pasar por primera vez las muestras DSC por el rango de altas temperaturas, se observaron máximos por sobre los 450°C asociados a alguna forma de recuperación. Así, en los dos ciclos térmicos siguientes ya se tenían máximos calorimétricos de baja temperatura asociados a fV cercanos a 1. También se observó que el amortiguamiento interno aumenta con la εim en el RPSE. Esto se puede explicar por que, a mayor εim habrá más martensita y menos austenita, y es sabido que el amortiguamiento interno en la martensita para aleaciones con memoria de forma es mayor que en la austenita. De esta manera, el mecanismo de amortiguamiento que prevalece en el RPSE corresponde a aquel de la martensita.

Neste trabalho de tese, foi estudada a perda de energia de íons de Be, B e O incidindo em direção aleatória e ao longo dos canais axiais <100> e <110> do Si. Os intervalos de energia nos quais as medidas experimentais foram realizadas variaram entre 0,5 e 10 MeV para Be, entre 0,23 e 9 MeV para B e entre 0,35 e 15 MeV para O. Posteriormente, o efeito do “straggling” (flutuação estatística da perda de energia) nas medidas em direção aleatória também foi analisado, para íons de Be e O, nas regiões de energia entre 0,8 e 5 MeV e 0,35 e 13,5 MeV, respectivamente. As medidas relacionadas à perda de energia em direção aleatória e ao “straggling” em função da energia dos íons foram realizadas combinando-se a técnica de retroespalhamento Rutherford (RBS) ao emprego de amostras de Si implantadas com marcadores de Bi. Os resultados relativos à perda de energia ao longo dos canais <100> e <110> do Si em função da energia dos íons foram obtidos através de medidas de RBS canalizado feitas em amostras tipo SIMOX (Separated by IMplanted OXygen). A perda de energia foi calculada teoricamente, através de três abordagens diferentes: a) a Aproximação de Convolução Unitária (UCA); b) o método não-linear baseado na seção de choque de transporte e na regra da soma de Friedel estendida (TCS-EFSR); c) a teoria binária. A combinação dos cálculos UCA com os resultados experimentais para a perda de energia canalizada de Be, B e O em Si permitiu isolar a contribuição do efeito Barkas para a perda de energia. Essa contribuição mostrou ser bastante grande, chegando a 45% do valor das outras contribuições para o caso do Be, 40% para o caso do B e 38% para o caso do O. Esses resultados são comparáveis aos previamente obtidos no Laboratório de Implantação Iônica da UFRGS para íons de He e Li. As teorias TCS-EFSR e binária permitiram o cálculo do efeito Barkas para a perda de energia devida aos elétrons de valência. Os resultados teóricos e experimentais para a contribuição Barkas total e relativa foram comparados e analisados em função da carga média e da energia dos íons para as energias de 300, 400, 500 e 700 keV/uma. O acordo teórico-experimental é razoável para as energias mais baixas, melhorando com o aumento da energia dos íons incidentes.

Neste trabalho de tese, foi estudada a perda de energia de íons de Be, B e O incidindo em direção aleatória e ao longo dos canais axiais <100> e <110> do Si. Os intervalos de energia nos quais as medidas experimentais foram realizadas variaram entre 0,5 e 10 MeV para Be, entre 0,23 e 9 MeV para B e entre 0,35 e 15 MeV para O. Posteriormente, o efeito do “straggling” (flutuação estatística da perda de energia) nas medidas em direção aleatória também foi analisado, para íons de Be e O, nas regiões de energia entre 0,8 e 5 MeV e 0,35 e 13,5 MeV, respectivamente. As medidas relacionadas à perda de energia em direção aleatória e ao “straggling” em função da energia dos íons foram realizadas combinando-se a técnica de retroespalhamento Rutherford (RBS) ao emprego de amostras de Si implantadas com marcadores de Bi. Os resultados relativos à perda de energia ao longo dos canais <100> e <110> do Si em função da energia dos íons foram obtidos através de medidas de RBS canalizado feitas em amostras tipo SIMOX (Separated by IMplanted OXygen). A perda de energia foi calculada teoricamente, através de três abordagens diferentes: a) a Aproximação de Convolução Unitária (UCA); b) o método não-linear baseado na seção de choque de transporte e na regra da soma de Friedel estendida (TCS-EFSR); c) a teoria binária. A combinação dos cálculos UCA com os resultados experimentais para a perda de energia canalizada de Be, B e O em Si permitiu isolar a contribuição do efeito Barkas para a perda de energia. Essa contribuição mostrou ser bastante grande, chegando a 45% do valor das outras contribuições para o caso do Be, 40% para o caso do B e 38% para o caso do O. Esses resultados são comparáveis aos previamente obtidos no Laboratório de Implantação Iônica da UFRGS para íons de He e Li. As teorias TCS-EFSR e binária permitiram o cálculo do efeito Barkas para a perda de energia devida aos elétrons de valência. Os resultados teóricos e experimentais para a contribuição Barkas total e relativa foram comparados e analisados em função da carga média e da energia dos íons para as energias de 300, 400, 500 e 700 keV/uma. O acordo teórico-experimental é razoável para as energias mais baixas, melhorando com o aumento da energia dos íons incidentes.

Neste trabalho de tese, foi estudada a perda de energia de íons de Be, B e O incidindo em direção aleatória e ao longo dos canais axiais <100> e <110> do Si. Os intervalos de energia nos quais as medidas experimentais foram realizadas variaram entre 0,5 e 10 MeV para Be, entre 0,23 e 9 MeV para B e entre 0,35 e 15 MeV para O. Posteriormente, o efeito do “straggling” (flutuação estatística da perda de energia) nas medidas em direção aleatória também foi analisado, para íons de Be e O, nas regiões de energia entre 0,8 e 5 MeV e 0,35 e 13,5 MeV, respectivamente. As medidas relacionadas à perda de energia em direção aleatória e ao “straggling” em função da energia dos íons foram realizadas combinando-se a técnica de retroespalhamento Rutherford (RBS) ao emprego de amostras de Si implantadas com marcadores de Bi. Os resultados relativos à perda de energia ao longo dos canais <100> e <110> do Si em função da energia dos íons foram obtidos através de medidas de RBS canalizado feitas em amostras tipo SIMOX (Separated by IMplanted OXygen). A perda de energia foi calculada teoricamente, através de três abordagens diferentes: a) a Aproximação de Convolução Unitária (UCA); b) o método não-linear baseado na seção de choque de transporte e na regra da soma de Friedel estendida (TCS-EFSR); c) a teoria binária. A combinação dos cálculos UCA com os resultados experimentais para a perda de energia canalizada de Be, B e O em Si permitiu isolar a contribuição do efeito Barkas para a perda de energia. Essa contribuição mostrou ser bastante grande, chegando a 45% do valor das outras contribuições para o caso do Be, 40% para o caso do B e 38% para o caso do O. Esses resultados são comparáveis aos previamente obtidos no Laboratório de Implantação Iônica da UFRGS para íons de He e Li. As teorias TCS-EFSR e binária permitiram o cálculo do efeito Barkas para a perda de energia devida aos elétrons de valência. Os resultados teóricos e experimentais para a contribuição Barkas total e relativa foram comparados e analisados em função da carga média e da energia dos íons para as energias de 300, 400, 500 e 700 keV/uma. O acordo teórico-experimental é razoável para as energias mais baixas, melhorando com o aumento da energia dos íons incidentes.