Funcionamento das Ligas com Memória de Forma

    A estrutura dos Metais pode sofrer alterações denominadas alterações de fase. Estas alterações de fase podem ser de dois tipos: difusão e displacivas.

• As transformações por difusão conduzem à formação de uma nova fase através da migração atómica que ocorre para distâncias relativamente grandes. a evolução deste tipo de transformação depende do tempo e da temperatura e ocorre por um processo de nucleação e crescimento que conduze à formação de cristais com uma composição quimica diferente da fase mãe.

• As transformações displacivas ou martensitícas conduzem à formação de uma nova fase, mais estável, através de uma reorganização atómica que ocorre para distâncias curtas. São independentes do tempo e ocorrem de forma muito rápida, tendo a nova fase a mesma composição quimica da fase mãe. 

Transformação martensítica

    Os metais com memória de forma, também denominados "smart materials", demonstram a capacidade de retomar uma forma ou tamanho previamente definidos quando  sujeitos a um ciclo térmico apropriado. Esta transformação corresponde ao tipo martensítica termoelástica - depende da memória de forma térmica ou elástica (superelasticidade).

     Estes materiais são constituídos por duas fases sólidas distintas, uma denominada austenite (fase mãe) e a outra denominada martensite. A austenite corresponde à fase de alta temperatura, é a fase mais dura e apresenta estrutura geralmente cúbica. A martensite apresenta uma estrutura com pouca simetria, flexível e facilmente deformável, ocorrendo a baixas temperaturas.

    Representação Macroscópica e Microscópia das duas fases sólidas de uma liga com memória de forma, bem como da coexistência das duas formas (twinned martensite).

    Por arrefecimento, a austenite transforma-se em martensite e aplicando uma deformação o material assume uma nova forma. Por aquecimento, o material recupera a forma original em consequência da transformação da martensite em austenite.

    A transformação martensítica ocorre em duas fases:

•  deformação da rede cristalina - movimentos atómicos necessários para produzir a nova estrutura a partir da antiga.
• acomodação atómica - acomodação preferencial dos átomos nas novas posições, dando origem à nova fase.

Em termos macroscópicos não ocorre nenhuma mudança na forma do material, durante a transformação martensítica.

Ms - temperatura de início da transformação martensítica

Mf - temperatura final da transformação martensítica

As - temperatura de início da transformação austenítica

Af - temperatura final da transformação austenítica

Gráficos que ilustram a transformação martensítica

    Existem ligas metálicas com memória de forma simples, ou seja, a liga memoriza apenas a forma da fase mãe - austenite.

    Através da aplicação de tratamentos termomecânicos adequados (por exemplo, a aplicação de uma tensão eléctrica) consegue-se que uma liga metálica memorize também a forma de baixas temperaturas.

Comportamento de uma liga de memória de forma simples

Comportamento de uma liga de dupla memória de forma

 É possível programar uma liga metálica para lembrar a sua forma, moldando o fio numa determinada forma e fixando nessa posição. Aquecendo aproximadamente 5 minutos a 150º ou fazendo passar uma corrente eléctrica pela liga, esta adquire a memória dessa forma. Se deformarmos o fio e o colocarmos em água quente, ele volta à forma programada.

 Ou seja, para se modificar a memória de uma liga deve-se aquecer o material ou aplicar uma tensão no campo da fase mãe, austenite.

    Exemplo de um processo que permite "programar" a memória de uma liga de forma, por aplicação de uma tensão.

Exemplo de um processo que permite "programar" a memória de uma liga de forma, por aumento da temperatura.

    Quando a transformação da austenite em martensite e vice versa é de origem mecânica estamos perante um material de comportamento super elástico.  À martensíte resultante dá-se o nome de martensíte induzida por tensão.

    Há ainda um outro tipo de SMA denominado liga ferromagnética de memória de forma. Este tipo de liga (FSMA) caracteriza-se pelo facto da transformação de fase ocorrer sob a acção de campos magnéticos fortes. Estes materiais são de grande interesse porque a mudança de fase tende a ser mais rápida e eficiente.

 Gráfico que representa a transformação martensíticas através da aplicação de uma tensão