Obtenção e determinação da capacidade de amortecimento da liga Cu-14Al-4Ni pelo método de excitação por impulso

Abstract

Este trabalho avaliou a obtenção e caracterização microestrutural e mecânica pelo Método de Excitação por Impluso baseado na norma ASTM E1876 para determinar o nível de amortecimento da liga Cu-14Al-4Ni. O material é requisitado, devido as suas propriedades peculiares, para fabricação de atuadores e elementos de máquinas e vem sendo selecionado, cada vez mais, em sistemas que necessitam de amortecimento estrutural. Uma das aplicações em andamento é a utilização da ligas com memória de forma em absorvedores dinâmicos de vibração para linhas de transmissão de energia elétrica. Existe a preocupação em substituir o cabo mensageiro deste dispositivo por materiais que exibem o comportamento ideal para a dissipação de energia gerada pela vibração eólica que pode levar ao rompimento dos cabos. Propriedades mecânicas como Módulo de Elasticidade, Módulo de Rigidez e Coeficiente de Poisson foram obtidos empiricamente através da caracterização meânica. O material foi obtido por fundição em um forno de indução eletromagnética e vertido num molde de grafite de alta densidade. Os ensaios realizados para a caracterização microestrutural foram de Microscopia Ótica e Eletrônica de Varredura com EDS, Fluorescência de Raio – X, Difratometria de Raio - X e Calorimetria Exploratória Diferencial. A caracterização mecânica foi realizada pelo Método de Excitação por Impulso a fim de obter a capacidade de amortecimento do material em relação a ligas CuAlBe, NiTi e da própria liga Cu-14Al-4Ni, laminada a quente e tratada termicamente. Quatorze ensaios foram realizados para quantificar e qualificar a capacidade de amortecimento da liga Cu-14Al-4Ni em relação a NiTi e a CuAlBe. O comparativo dos resultados dos ensaios da liga obtida e das ligas comerciais CuAlBe e NiTi mostrou que a liga Cu-14Al-4Ni possui um nível de amortecimento que é significativamente maior em relação as duas ligas comerciais. A liga Cu-14Al-4Ni apresentou a melhor relação entre a amplitude inicial de vibração em relação ao tempo. A liga obtida apresentou, também, maior fator de amortecimento e maior coeficiente de amortecimento. Esses resultados tendem a incentivar ainda mais o estudo e desenvolvimento dessa classe de materiais para aplicações que necessitam amortecimento estrutural, substituindo ligas a base de NiTi que têm custo mais elevado. _______________________________________________________________________________________ ABSTRACT

This study evaluated the achievement and also the microstructural and mechanical characterization by Excitation Impluse Method based on the rule ASTM E1876 to determine the level of damping of the Cu-14Al-4Ni alloy. The material is required due to its unique properties for the manufacturing of actuators and machine elements and it has increasingly been selected in systems that need structural damping. One of the applications in progress is the use of shape memory alloys in dynamic vibration absorbers for transmission lines of electric power. There is concern in replacing the messenger cable of this device by materials that exhibit ideal behavior for the dissipation of energy generated by the wind vibration which tends to break the cables. Mechanical properties such as Elasticity Modulus, Stiffness Modulus and Poisson's Ratio were empirically obtained by mechanical characterization . The material was obtained by casting on an electromagnetic induction furnace and poured into a graphite mold with high density. The tests for the microstructural characterization were permofed through Optical Microscopy and Scanning Electron Microscopy with EDS, X-Ray Fluorescence, X-Ray diffraction and Differential Scanning Calorimetry. The mechanic characterization was perfomed by the impulse excitation method in order to obtain the damping capacity of the material in relation to CuAlBe alloy, NiTi alloy and Cu-14Al-4Ni alloy itself, which was hot rolled and termically annealed. Fourteen experiments were conducted to quantify and qualify the damping capacity of Cu-14Al-4Ni alloy compared to NiTi alloy and CuAlBe alloy. The comparison of the test results among the obtained alloy and the commercial alloys, NiTi and CuAlBe alloys, showed that the alloy Cu-14Al-4Ni has got a damping level significantly higher than the two commercial alloys. The Cu-14Al-4Ni alloy showed the best relation between the initial amplitude of vibration versus time. The obtained alloy also presented higher damping factor and higher damping coefficient. These results tend to encourage further study and development of this class of materials for applications that require structural damping, replacing NiTi-based alloys which have higher production cost.