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1

Avaliação da tenacidade à fratura através do ensaio de indentação em pastilhas de metal duro/ Evaluation of fracture toughness by indentation testing in hardmetal tools

Dias, A.M.S.; Miranda, J.S.; Godoy, G.C.
2009-08-01

Resumo em português O teste de indentação Vickers tem sido muito utilizado para avaliação da dureza superficial em diferentes tipos de materiais. Devido à sua versatilidade, esta metodologia também é utilizada para avaliar diferentes propriedades mecânicas, como o módulo de Young (E) e a tenacidade à fratura (K IC), principalmente em materiais sinterizados como, por exemplo, o carboneto de tungstênio com cobalto (WC-Co). Este material é usado na fabricação de ferramentas de cor (mais) te, uma vez que possui altas dureza e resistência à compressão, porém baixa tenacidade à fratura, diminuindo sua vida útil quando submetido a severas condições de desgastes. Entretanto, devido a essas características mecânicas peculiares, o WC-Co apresenta análise difícil através dos ensaios convencionais, principalmente para avaliação da tenacidade à fratura. Por isso, o objetivo do presente trabalho foi avaliar experimentalmente a dureza e a tenacidade à fratura de duas pastilhas comerciais de carboneto de tungstênio contendo cobalto a partir do ensaio Vickers. Um procedimento simples e barato de preparação da amostra consistiu de um polimento seletivo foi utilizado com o intuito de se evitar tensões residuais superficiais. Em seguida, avaliou-se a distribuição dos carbonetos de tungstênio na matriz de cobalto através da microscopia eletrônica de varredura (MEV). Os resultados desta análise mostraram uniformidade na dispersão do carboneto de tungstênio na matriz de cobalto, indicando que o processo de preparação da amostra não acarretou grandes tensões residuais superficiais. Determinaram-se os valores de dureza e de tenacidade à fratura das pastilhas estudadas e estes resultados se mostraram de acordo com os dados encontrados na literatura. Resumo em inglês The Vickers indentation testing is commonly used for hardness surface measurement for different types of materials. This testing method is quite versatile and it is used to evaluate different mechanical properties, such as Young modulus (E) and fracture toughness (KIC), particularly in sintered materials like the tungsten carbide with cobalt (WC-Co). This material is used in the manufacturing of cutting tools, once it has very high surface hardness and also compression st (mais) rength, although low fracture toughness values, which decreases its service life when submitted to high wear conditions. However, due to those peculiar mechanical properties, the WC-Co presents difficult analysis through conventional testing techniques, mainly considering fracture toughness evaluation. For that reason, the aim of this work was to evaluate experimentally the hardness and fracture toughness in two commercial tools, made of tungsten carbide with cobalt, through Vickers indentation testing. A simple and low cost procedure of sample preparation was used, consisted of a selective polishing, in order to avoid superficial residual stresses. In sequence, the scanning electron microscope (SEM) was used to evaluate the distribution of tungsten carbide in the cobalt matrix. The results of this analysis have shown uniformity in the tungsten carbide dispersion in the cobalt matrix, indicating that the sample preparation process did not create great values of superficial residual stresses. The experimental hardness and fracture toughness values were obtained, which have agreed with the ones found in the literature.

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2

Sinterização e propriedades mecânicas do compósito Y-TZP/Al2O3/ Sintering and mechanical properties of the Y-TZP/Al2O3 composites

Teixeira, L. H. P.; Santos, C.; Daguano, J. K. M. F.; Koizumi, M. H.; Elias, C. N.
2007-09-01

Resumo em português Foi estudado o efeito da adição de Al2O3 nas propriedades de cerâmicas à base de ZrO2 tetragonal estabilizada com ítria (Y-TZP) visando sua aplicação como material dentário. Amostras contendo 0, 10, 20 e 30% em peso de Al2O3 foram compactadas por prensagem uniaxial a frio (80 MPa) e em seguida sinterizadas ao ar a 1500, 1550 e 1600 °C por 120 min. Os efeitos destas condições de sinterização nas propriedades dos materiais foram analisados por difração de rai (mais) os X e microscopia eletrônica de varredura. As propriedades mecânicas de dureza e tenacidade à fratura foram determinadas, utilizando-se o método de indentação Vickers. Além disso, algumas amostras foram submetidas a ensaio de flexão em 4 pontos. Cerâmicas de elevada densidade relativa foram obtidas, com dureza variando entre 13,4 e 15,8 GPa, dependendo da quantidade de Al2O3 adicionada à matriz de ZrO2. Por outro lado, não foi verificada uma influencia significativa da adição de Al2O3 na tenacidade à fratura, que apresentou valores próximos de 8 MPa.m½, em quase todas as situações. A boa dureza, a elevada tenacidade à fratura, a boa resistência à fratura (sigmaf = 685 MPa) e o módulo de Weibull (m=11) apresentados pelos materiais com adições de 20% de Al2O3, indicam a confiabilidade do compósito como um potencial biomaterial para uso na implantodontia. Resumo em inglês In this work, the influence of Al2O3 addition on the tetragonal ZrO2 ceramic properties was studied, aiming the use of this ceramic as dental materials. Samples containing 0, 10, 20 e 30 wt.% were cold pressed (80 MPa), and sintered in air, at 1500, 1550 e 1600 °C, for 120 min. The effects of the sintering conditions were analyzed by X-ray diffraction and Scanning Electron Microscopy. Hardness and fracture toughness were determined by Vicker's indentation method. Further (mais) more, samples were submitted to the 4 point bending test. Dense ceramics were obtained, with hardness values varying around 13.4 and 15.8 GPa, depending on the Al2O3 content added in the ZrO2 matrix. On the other hand, no significant difference in the fracture toughness was detected by the Al2O3 addition, with K IC around 8 MPa.m½, in all conditions. The high hardness, fracture toughness, flexural strength (sigmaf = 685 MPa) and reliability (m=11) presented by the ceramic composites with 20wt.% Al2O3, indicates the potential of these materials as bioceramics for dental materials.

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3

Efeito da adição de polímero precursor cerâmico na sinterização de alumina/ Effect of the addition of ceramic polymeric precursor on alumina sintering

Godoy, A. L. E; Bressiani, J. C; Bressiani, A. H. A
2010-03-01

Resumo em português Foram estudados os efeitos da adição de polímero precursor na sinterização, microestrutura e dureza da alumina. O polímero inorgânico polifenilmetilvinilhidrogenosilsesquioxano (PPS) foi utilizado como aditivo em cerâmicas de alumina sinterizadas a 1650 ºC. Os materiais sinterizados foram caracterizados por dilatometria, determinando-se a densidade aparente por picnometria de hélio, pela análise de carbono total, por difração de raios X, por microscopia eletr (mais) ônica de varredura, espectrometria de energia dispersiva de raios X e por análise de indentação Vickers para determinação de dureza e tenacidade a fratura. Foram obtidas fases heterogêneas de Si2Al4O4N4 nas amostras com PPS. Dentre as amostras analisadas, a que contém 5% de PPS apresentou dureza e tenacidade à fratura superiores à da alumina pura. A preparação de compósitos cerâmicos com pequenas quantidades de polímero precursor mostrou-se um processo adequado para cerâmicas à base de alumina, sendo uma rota simples de conformação com grande potencial para a obtenção de peças com geometria complexa. Resumo em inglês The effects of the addition of precursor polymer on sintering, microstructure and hardness of alumina ceramics were studied. The linear shrinkage of cold-pressed specimens was studied by dilatometry. Polyphenylmethylvinylhidrogensilsesquioxane (PPS) polymer sintering aid was used for alumina based ceramics sintered at 1650 ºC. The sintered materials were characterized by determination of apparent density by helium picnometry, by evaluation of total carbon content, X-ray (mais) diffraction, scanning electron microscopy, energy dispersive X-ray spectrometry, and by Vickers indentation analysis for determining hardness and fracture toughness. Heterogeneous Si2Al4O4 phases were obtained in specimens with PPS. The specimens with 5% of PPS presented hardness and toughness greater than the obtained for pure alumina. The preparation of ceramic composites using small amounts of precursor polymers shows a suitable process for alumina-based ceramics, a simple forming route, with high potential for the fabrication of complex shape pieces.

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Sinterização da liga WC/10Co por altas pressões/ High pressure sintering of the WC/10Co alloy

Rodrigues, Márcio Ferreira; Bobrovnitchii, Guerold Sergueevitch; Quintanilha, Ronaldo; Cândido, Rodolfo; Silva, Gilbert; Filgueira, Marcello
2006-09-01

Resumo em português Ligas de metal duro (WC/Co) são geralmente processadas pelas técnicas da metalurgia do pó, que compreende mistura dos pós elementares, compactação e sinterização por fase líquida, com ou sem a posterior prensagem isostática a quente (HIP). Uma nova rota de processamento de metal duro é aqui apresentada, chamada de altas pressões e altas temperaturas (HPHT). Neste trabalho foi estudada a sinterização da liga WC/10% pesoCo a 5GPa, nas temperaturas de 1200, 130 (mais) 0, e 1400ºC, para os tempos de 1 e 2 minutos. Os melhores resultados obtidos foram: densidade =95,6%, dureza HV45 =10GPa e tenacidade à fratura K Ic=11MPa.m½. Resumo em inglês Hardmetal is usually processed by the conventional powder technology techniques: mix of WC + Co powders, compacting, and liquid phase sintering. A new method to process hardmetal parts are described here. Parts of WC/10%wt Co were processed by using high pressure and high temperature sintering. It was used the pressure of 5GPa, temperatures of 1200, 1300, and 1400ºC, and times of 1and 2 minutes of sintering. The best results was density =95,5%, hardness HV45 =10GPa and fracture toughness of K Ic =11MPa.m½.

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Efeitos do acondicionamento de uma porcelana dentária em meio de saliva artificial na resistência mecânica e previsão do tempo de vida/ Effects of artificial saliva storage on flexural strength and lifetime prediction of a dental porcelain

Yoshimura, H. N.; Pinto, M. M.; Gonzaga, C. C.; Cesar, P. F.
2009-06-01

Resumo em português Verificou-se o efeito do acondicionamento em saliva artificial na resistência à flexão e no tempo de vida de uma porcelana feldspática dentária. Os espécimes na forma de disco foram preparados por sinterização, usinagem e polimento e ensaiados pelo método da fadiga dinâmica para determinação dos parâmetros de crescimento de trinca subcrítico (SCG), com taxas de tensão de 0,01 a 100 MPa/s em meio de saliva artificial a 37 °C. Antes do ensaio de flexão biax (mais) ial, parte dos espécimes foi imersa em saliva artificial a 37 °C por 10 dias e outra parte foi mantida ao ar. O acondicionamento em saliva causou aumento de ~11% na resistência à flexão biaxial; aumento de 20% no módulo de Weibull; aumento de 20% no coeficiente de susceptibilidade ao fenômeno de SCG; aumento de 50% na resistência à flexão prevista no tempo de fratura de 1 ano; manutenção da tenacidade à fratura; e diminuição de 5% da dureza superficial. Os resultados indicaram que, ao menos no caso investigado, a exposição da porcelana à saliva não degrada as propriedades mecânicas e pode até aumentar a resistência à flexão e à propagação lenta de trincas. Resumo em inglês The effects of artificial saliva storage on flexural strength and lifetime prediction of a dental feldspathic porcelain were investigated. The disk-shaped specimens were sintered, machined and polished and then subjected to a dynamic fatigue test in order to determine the slow crack growth (SCG) parameters, by means of biaxial flexure tests at stress rates of 0.01 to 100 MPa/s. The specimens remained immersed in artificial saliva at 37 ºC during the whole test. Before th (mais) e biaxial flexure strength test, some specimens were stored in artificial saliva at 37 ºC for 10 days while others were stored in air at ambient temperature. The specimens stored in artificial saliva presented an ~11% increase in biaxial flexure strength; a 20% increase in Weibull modulus; a 20% increase in SCG susceptibility coefficient; a 50% increase in the predicted flexural strength for a lifetime of 1 year, a 5% decrease in superficial hardness. Similar fracture toughness values were determined for groups stored in air and in artificial saliva. The results indicated that, at least in the present study, storage of a dental porcelain in artificial saliva did not decrease the mechanical properties investigated and can even increase the flexural strength value and the resistance to slow crack growth phenomenon.

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Efeito da porosidade nas propriedades mecânicas de uma alumina de elevada pureza/ Effect of porosity on mechanical properties of a high purity alumina

Yoshimura, H. N.; Molisani, A. L.; Siqueira, G. R.; Camargo, A. C. de; Narita, N. E.; Cesar, P. F.; Goldenstein, H.
2005-09-01

Resumo em português Uma alumina de elevada pureza dopada com MgO foi sinterizada entre 1300 e 1700 °C para preparação de corpos com diferentes porosidades. Foram determinadas a resistência à flexão em quatro pontos, a tenacidade à fratura pelo método SEVNB, a dureza Vickers, as velocidades sônicas (longitudinal e transversal) e as constantes elásticas (ni, E, G e K) pelo método do pulso-eco ultrassônico. Os resultados foram comparados com os modelos baseados em concentração (mais) de tensão (CT) e modelos baseados na área sólida mínima (ASM). A porosidade das amostras variou entre 0,8% e 35%. Em geral, as propriedades diminuíram com o aumento da porosidade, sendo que a diminuição foi menos acentuada nas velocidades sônicas e mais acentuada na dureza. O coeficiente de Poisson só diminuiu em porosidade acima de 19%. O modelo analítico (CT) que melhor se ajustou aos resultados dos módulos E e G foi o de Hashin-Rosen para configuração de poros cilíndricos alinhados transversalmente à tensão aplicada. A análise pelos modelos de ASM indicou que, até 19% de porosidade, o modelo de poros esféricos em arranjo cúbico foi predominante e, acima desta porosidade, atuou também o modelo de partículas esféricas em arranjo cúbico. Resumo em inglês A high purity alumina doped with MgO was sintered between 1300 and 1700 °C in order to prepare samples with different porosities. The following properties were determined: four-point flexural strength, fracture toughness, by SEVNB method, Vickers hardness, (transversal and longitudinal) sonic velocities, and elastic constant (nu, E, G e K), by ultrasonic pulse-echo method. The results were compared with models based on stress concentration (SC) and models based on min (mais) imum solid area (MSA). The porosity of the samples varied between 0.8% and 35%. Generally, the properties lowered with increasing porosity. This lowering was weaker in sonic velocities and stronger in hardness. The Poisson's ratio lowered only above 19% porosity. The analytical model (SC) which best fitted the results of E and G moduli was the Hashin-Rosen model for cylindrical pores aligned transversally to the applied stress. Analysis by ASM models indicated that, until 19% porosity, the model for spherical pores in cubic stacking was predominant and, above this porosity, the model for spherical particles in cubic stacking also acted.

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O compósito ZrO2-Al2O3 para aplicação como implante odontológico/ The ZrO2-Al2O3 composite for dental materials

Daguano, J. K. M. F.; Teixeira, L. H. P.; Santos, C.; Koizumi, M. H.; Elias, C. N.
2006-12-01

Resumo em português No presente trabalho, a influência da temperatura e do tempo de sinterização no desenvolvimento microestrutural e propriedades de compósitos cerâmicos à base de ZrO2-Al2O3 foram estudados, visando futura aplicação deste material como componente de sistemas de implantes dentários. Compósitos de ZrO2 com adições de 20% de Al2O3 foram misturados/moídos, compactados e, em seguida, sinterizados em temperaturas de 1500 ou 1600°C. Em cada temperatura, os patamares (mais) de sinterização, foram variados de 0 a 480 minutos. Os corpos sinterizados foram caracterizados quanto às fases presentes, microestrutura, densidade relativa, além de dureza e tenacidade à fratura. Para uma avaliação biológica primária, testes de citotoxicidade baseados em cultura celular de mamíferos foram realizados. Os resultados indicaram que em todas as condições de sinterização as amostras apresentaram apenas duas fases cristalinas, ZrO2 tetragonal e alfa-Al2O3. É observado um aumento dos valores de propriedades mecânicas em função do aumento da temperatura de sinterização, os quais devem ser relatados ao leve aumento da densificação das amostras. Por outro lado, o aumento do tempo de isoterma de sinterização ocasiona uma redução considerável na dureza e na tenacidade à fratura das amostras que pode ser relacionada ao crescimento de grão da ZrO2 e Al2O3. A avaliação biológica demonstrou que os materiais obtidos são biocompatíveis, devido ao crescimento celular apresentado durante o teste citotoxicológico, indicando que esses compósitos cerâmicos podem ser caracterizados como biomateriais adequados para a aplicação em implantes. Resumo em inglês In the present work, the influence of the temperature and sintering time on the microstructural development of ZrO2-Al2O3 ceramic composite was studied, aiming at the viability of the application of this material as dental material. Tetragonal ZrO2 powder (Y-TZP) with additions of 20wt.% of Al2O3 were mixed, pressed and sintered at 1500 or 1600°C. In each temperature, the isothermal sintering time varied between 0 and 480 minutes. Sintered samples were characterized by c (mais) rystalline phases, microstructure, relative density, hardness and fracture toughness. For primary biological evaluation, cytotoxicity tests based on cellular culture of mammals were carried through. The results indicated that in all sintering conditions the samples presented only two crystalline phases, tetragonal -ZrO2 e alpha-Al2O3. An increase of the mechanical properties values as a function of the sintering temperature increase was observed, due to the increase on the densification. On the other hand, the increase of the isothermal sintering time causes a considerable reduction in the hardness and fracture toughness, which can be related to the ZrO2 and Al2O3-grain growth. The biological evaluation demonstrated that these bioceramics are biocompatible, presenting cellular growth during the cytotoxic test, indicating that these ceramic composite can be characterized as biomaterials adjusted for the application in implantations.

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Análise numérica do ensaio de indentação em materiais com comportamento frágil/ Analysis of pyramidal vickers testing in brittles materials

Dias, A.M.S.; Godoy, G.C.; Modenesi, P.J.
2010-01-01

Resumo em português O ensaio piramidal Vickers é uma técnica utilizada há décadas para avaliação da dureza superficial de materiais metálicos, cerâmicos, compósitos e, recentemente, filmes finos. Diversos estudos têm sido desenvolvidos a fim de utilizar esta metodologia como ferramenta para avaliação de outras propriedades mecânicas como, por exemplo, a tenacidade à fratura. Contudo, a sua implementação na determinação desta propriedade mecânica e os seus resultados ainda (mais) ocasionam dúvidas no meio científico. Estas dúvidas são mais intensas quando se pretende analisar materiais com comportamento frágil. Por isso, utilizou-se um modelo numérico através do método dos elementos finitos para avaliar os campos de tensões e de deformações durante o ciclo de indentação, auxiliando em uma interpretação mais segura deste ensaio. No presente trabalho, obteve-se o comportamento da curva carga versus deslocamento para o ensaio Vickers em uma amostra de carboneto de tungstênio com cobalto e em uma amostra de alumina. Também foram encontrados os valores numéricos da dureza superficial destes dois materiais. Estes resultados se encontram compatíveis com os dados experimentais presentes na literatura especializada, mostrando que o modelo numérico foi capaz de representar o comportamento global deste ensaio. Por fim, foi determinada a distribuição da máxima tensão principal e das deformações para o ciclo de carregamento e descarregamento do teste, utilizando-se um modelo numérico de trinca difusa. Baseado nestes resultados de tensões e de deformações estudou-se os mecanismos de nucleação e de crescimento de trincas que ocorrem nestes materiais sob ensaios de indentação piramidais. Resumo em inglês The experimental indentation testing is a methodology used during decades to obtain the surface hardness of different kinds of materials. Nowadays, these tests have been reported in the literature as a reliable tool for mechanical properties determination, such as hardness, Young modulus, yielding stress and fracture toughness. However, the implementation of this indentation technique to evaluate the mechanical properties and also the results therefrom obtained has still (mais) brought doubts on research areas. These doubts are really intense when they involve problems which aim to analyse the mechanical behaviour of brittle materials. Because of those testing analysis limitations, the use of a numerical technique, able to evaluate the stress and strain fields during the indentation cycle, may help on a more accurate interpretation of the testing. In this study, the numerical simulation of Vickers hardness testing is modelled with three-dimensional elements making use of commercial explicit finite element code. Two different brittle materials were analyzed, tungsten carbide with cobalt and alumina. The numerical analysis indicated that the model represents well the strain and stress fields during the loading and unloading phases of the Vickers indentation cycle. Those results were found to agree well with the experimental trends presented in the literature. Finally, a diffuse crack constitutive model was used to identify the most probable crack nucleation sites that usually occur during real indentation testing.

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Caracterização in Situ de Propriedades Mecânicas de Materiais Resistentes ao Desgaste Abrasivo Usando o Método da Indentação/ In Situ Determination of Mechanical Properties of Abrasive Wear Resistant Materials Using the Indentation Method

Berns, Hans; Franco, Sinésio D.
1997-08-01

Resumo em português O desempenho de materiais polifásicos em sistemas tribológicos envolvendo desgaste abrasivo é função de uma série de fatores, a saber: condições de operação, características de projeto e das propriedades do abrasivo e dos microconstituintes do material utilizado. Neste trabalho são apresentados resultados de ensaios de indentação em diferentes microconstituintes e partículas duras, através dos quais as propriedades mais importantes para o fenômeno abrasiv (mais) o são determinadas in situ. Dentre essas destacam-se a dureza H, a tenacidade à fratura K IC, o módulo de elasticidade E, a relação trabalho plástico / trabalho elástico Wp / We e a relação de durezas entre o microconstituinte e o agente abrasivo. Em muitas situações práticas esses sistemas encontram-se em temperaturas elevadas. Assim, neste trabalho, é também apresentada a influência da temperatura sobre algumas dessas propriedades. Os resultados obtidos mostram a grande potencialidade dessa técnica no processo de seleção e desenvolvimento de materiais resistentes ao desgaste. Resumo em inglês The wear resistance is not an intrinsic property of materials but depends on the operating conditions, design properties, type of abrasive and material properties. In this work the results of microindentation tests in different hard particles of wear resistant alloys and composites, as well as in bulk materials are presented. Continuous monitoring the load and the indenter penetration depth it is possible to obtain in situ important properties in the wear process of the a (mais) lloy microconstituents. With this technique it was possible to determine the hardness H, the fracture toughness K IC, the Young modulus E and the relationship between the plastic and elastic work of deformation Wp / We. Since in many practical situations the process temperature is an important parameter, its influence on some of these properties is also considered. The results show that this technique may constitute a helpful tool in the process of selecting suitable microconstituents for wear resistant materials.

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Zircônia parcialmente estabilizada de baixo custo produzida por meio de mistura de pós com aditivos do sistema MgO-Y2O3-CaO/ Low cost partially-stabilized zirconia ceramic produced by powder mixing with additives of MgO-Y2O3-CaO system

Yoshimura, H. N.; Molisani, A. L.; Narita, N. E.; Gonçalves, M. P.; Campos, M. F. de
2007-06-01

Resumo em português Verificou-se a possibilidade de se produzir cerâmica de zircônia parcialmente estabilizada (PSZ) utilizando um pó de zircônia monoclínica comercial com a adição de MgO, Y2O3 e/ou CaO por meio de mistura mecânica de pós. A metodologia adotada visou primordialmente diminuir o custo da matéria-prima. Foram preparadas amostras de PSZ na forma de cilindros com adições individuais e com misturas de aditivos em sinterizações entre 1500 e 1700 °C no campo binár (mais) io tetragonal-cúbica. As amostras foram usinadas em retificadora cilíndrica e submetidas ao ensaio de rugosidade. Também foram determinadas as fases presentes (difração de raios X, método de Rietveld), a microestrutura (microscopia eletrônica de varredura), a densidade/porosidade, a dureza Vickers, a tenacidade à fratura e a resistência à flexão biaxial. Em geral, a melhor temperatura de sinterização foi 1500 °C. As melhores composições foram uma com adição simples de MgO e três composições mistas contendo Y2O3. As características destas amostras sinterizadas a 1500 °C foram próximas às de um pó comercial pré-aditivado com MgO (Mg-PSZ) sinterizado a 1700 °C. Resumo em inglês The feasibility of producing partially stabilized zirconia (PSZ) ceramics using a commercial monoclinic zirconia powder with the addition of MgO, Y2O3, and/or CaO by powder mixing route was studied. The adopted methodology aimed mainly to lower the raw-material cost. PSZ samples with cylindrical shape with single and mixed additions were prepared by sintering between 1500 and 1700 °C in the tetragonal-cubic two-phase region. The samples were ground in a centerless gri (mais) nding machine and the surface roughness was measured. Crystalline phases (X-ray diffraction, Rietveld method), microstructure (scanning electron microscopy), density/porosity, Vickers hardness, fracture toughness, and biaxial flexural strength of the sintered samples were measured. In general, the best sintering temperature was 1500 °C. The best additive compositions were one with single addition of MgO and three with mixed additions containing Y2O3. The results of these samples sintered at 1500 °C were close to the results of a commercial Mg-PSZ sintered at 1700 °C.

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Tenacidade à fratura translaminar dinâmica de um laminado híbrido metal-fibra para uso em elevadas temperaturas/ Translaminar dynamic fracture toughness of a hybrid fiber-metal laminate devised to high-temperature applications

Tarpani, José R.; Gatti, Maria C. A.
2010-01-01

Resumo em português A tenacidade à fratura translaminar dinâmica do laminado híbrido metal-fibra titânio-grafite com matriz termoplástica foi determinada sob as velocidades de impacto de 2,25 e 5,52 m/s, no intervalo de temperaturas de -196 a +180 °C, e comparada à de laminados compósitos convencionais de fibras de carbono e resina epóxi. Constatou-se que o laminado híbrido exibe uma tenacidade à iniciação da fratura inferior à dos compósitos tradicionais com fibras na forma d (mais) e fita unidirecional, porém superior à dos laminados convencionais com fibras na forma de tecido bidirecional. Os ensaios de impacto revelaram que, comparativamente ao desempenho mecânico dos laminados carbono-epóxi, o emprego do laminado híbrido metal-fibra se justifica mais pela sua resistência à propagação do que à iniciação da fratura dinâmica. Resumo em inglês The translaminar dynamic fracture toughness of titanium-graphite hybrid fiber-metal laminate with thermoplastic matrix has been determined at the impact velocities of 2.25 and 5.52 m/s, within the temperature range from -196 to +180 ºC, and compared to that of conventional carbon-epoxy composite laminates. The hybrid laminate exhibits lower initiation fracture toughness than traditional unidirectional tape composites though it is tougher than conventional woven fabric la (mais) minates. Impact tests revealed that, if compared to the mechanical performance of conventional carbon-epoxy laminates, the fiber-metal laminate application must rely on its resistance to dynamic fracture propagation rather than on fracture initiation.

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Tenacidade à fratura translaminar dinâmica de laminados compósitos de fibras de carbono e resina epóxi de grau aeronáutico/ Translaminar dynamic fracture toughness of aeronautic grade composite laminates made with carbon fiber-epoxy resin

Tarpani, José R.; Gatti, Maria C. A.
2011-01-01

Resumo em português A tenacidade à fratura translaminar dinâmica de quatro laminados compósitos de fibras de carbono e resina epóxi foi determinada nas velocidades de impacto de 2,25 e 5,52 m/s, sob as temperaturas de -70, +25 e +100 °C. Concluiu-se que a tenacidade à iniciação da fratura dos laminados confeccionados com fibras na forma de fita unidirecional é, em qualquer condição de ensaio, muito superior à dos laminados manufaturados com fibras dispostas na forma de tecido bi- (mais) direcional. Quanto à tenacidade à propagação de danos, constatou-se que o laminado fita processado a 180 °C é o mais indicado para operar sob impacto em temperaturas intermediárias, enquanto que o manufaturado a 120 °C é a melhor opção para trabalhar sob ambos os extremos do intervalo de temperatura avaliado. Resumo em inglês The translaminar dynamic fracture toughness of four carbon fiber - epoxy resin composite laminates was compared at the impact velocities of 2.25 and 5.52 m/s, under the temperatures of -70, +25 and +100 °C. It has been concluded that the initiation fracture toughness of unidirectional tape laminates is quite higher than bidirectional woven fabric composites, despite the testing conditions. In regard to the damage propagation toughness, it has been shown that the tape lam (mais) inate processed at 180 °C is the best option at intermediate temperatures, whereas the tape composite manufactured at 120 °C is the most suitable to operate under impact at both the extremes of the temperature range evaluated.

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Tenacidade à fratura e crescimento de trinca por fadiga de dois aços bifásicos de emprego automotivo

Godefroid, Leonardo Barbosa; Cândido, Luiz Cláudio; Cangue, Feliciano; Rodrigues, Elenice Maria; Gritti, João Alfredo; Melo, Túlio Magno Füzessy de
2005-03-01

Resumo em português O presente trabalho avaliou a tenacidade à fratura e a resistência à propagação de trinca de fadiga de dois aços bifásicos, um deles com teor significativo de cromo e o outro com teor significativo de silício. Com relação à tenacidade, observou-se uma ligeira superioridade (maiores valores) do aço ao silício em relação ao aço ao cromo. Verificou-se, também, o efeito deletério do aumento da profundidade do entalhe lateral dos corpos-de-prova sobre a tenac (mais) idade. Não foi encontrado efeito significativo de anisotropia. Com relação à fadiga, os resultados mostraram que os dois aços apresentam um comportamento semelhante com inexistência de anisotropia. A elevação na razão R entre tensões provocou um aumento na taxa de propagação de trinca e um decréscimo no valor de deltaKth dos materiais. Resumo em inglês Fracture toughness J Q and fatigue crack growth da/dN x deltaK have been studied in two dual-phase steels used in the automotive industry, with 8.8% to 12.5% of martensite volumetric fraction. The main difference between the steels is the chemical composition: one of the steels had chromium additions while the other had silicon as an alloy element. Silicon steel presents higher fracture toughness than chromium steel. It was not noticed significant effect of anisotropy in (mais) both steels, while an increase of side grooves decreased the value of J Q of the materials. The two steels present a similar behavior in fatigue crack growth resistance with no significant effect of anisotropy. An increase of R ratio increased the crack growth rates and decreased the value of deltaKth of the materials.

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Tenacidade à fratura de blendas PA 6/ABS avaliada através do método EWF (Trabalho Essencial de Fratura) - parte a: avaliação do efeito do compatibilizante/ Fracture toughness of PA 6/Abs evaluated by the EWF method (Essential Work of Fracture) - part a: on the effect of the compatibilize

Correa, Carlos A.; Yamakawa, Roberto S.; Razzino, Carlos A.; Hage Junior, Elias
2007-03-01

Resumo em português A poliamida 6 (PA6) é um polímero termoplástico semicristalino que apresenta alta susceptibilidade ao entalhe quando solicitado mecanicamente. Apesar de apresentar um comportamento dúctil sob deformação e sob fratura quando solicitado sem entalhes, torna-se essencialmente frágil e quebradiço quando entalhado. Assim, o comportamento pseudo-dúctil dessas poliamidas requer cuidados especiais na confecção do entalhe e da pré-trinca para análise de seu comportamen (mais) to mecânico. Devem ser observadas ainda as dimensões ideais dos corpos de prova para garantir a condição de estado de tensão plana no ensaio de tração uniaxial para aplicação do método EWF (Trabalho Essencial de Fratura). Neste trabalho, o método EWF foi utilizado para a avaliação da tenacidade à fratura de blendas poliméricas com uma matriz PA6 modificada com ABS e também a eficiência de um compatibilizante acrílico reativo (MMA-MA) sintetizado em laboratório, na tenacificação da blenda PA6/ABS. Através da aplicação do método observou-se que a simples incorporação do ABS à poliamida aumenta o termo relativo ao trabalho específico de fratura e reduz a sensibilidade ao entalhe da blenda embora com perda na capacidade de absorção de energia plástica. A incorporação do copolímero MMA-MA à blenda refletiu-se nos acréscimos do trabalho específico e recuperação da capacidade de absorção de energia plástica em relação à blenda não-compatibilizada. Os resultados ilustram a aplicabilidade do método EWF para determinação da tenacidade à fratura de blendas poliméricas em relação aos polímeros puros, bem como a avaliação do efeito do compatibilizante reativo na tenacidade da blenda PA6/ABS. Resumo em inglês Polyamide 6 or polycaprolactam is a semi-crystalline thermoplastic whose toughness is very notch sensitive and consequently the material presents extreme susceptibility to stress concentrations. Thus, although such polyamides may fracture on a typical ductile manner on mechanical testing without notches, it will become brittle after being notched. The pseudo-ductile behavior in polyamides poses a task on notch and pre-crack preparation, for accurate assessment of their to (mais) ughness. Furthermore, it must be observed the ideal specimen dimensions to guarantee plane stress conditions on tensile testing for application of the EWF (Essential Work of Fracture) method. In the present work, the EWF method was employed to evaluate the fracture toughness of PA6 blends modified with ABS and also to assess the efficiency of a self-made reactive acrylic compatibilizer (MMA-MA), on the toughness of the PA6/ABS blend. The EWF parameters have shown that by simply melt blending ABS with PA6 it increases the specific work of fracture owing to reduced notch sensitivity of the blend, although at the expenses of the blend capacity to absorb plastic energy. The addition of the compatibilizer MMA-MA to the blend has been reflected on increments of the specific work of fracture and recovery of the blend capacity to absorb plastic energy. The results have illustrated the applicability of the EWF method for determination of the fracture toughness parameters of polymer blends as well as evaluation of the effect of the reactive MMA-MA compatibilizer on the toughness of the PA6/ABS blend.

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Tenacidade ao entalhe por impacto Charpy de compósitos de poliéster reforçados com fibras de piaçava/ Charpy impact notch toughness of piassava fibers reinforced polyester matrix composites

Monteiro, Sergio N.; Aquino, Regina Coeli M. P.; Lopes, Felipe P. D.; d'Almeida, José Roberto M.
2006-09-01

Resumo em português Fibras rígidas de piaçava do tipo Attalea funifera Mart vêm sendo recentemente investigadas como reforços efetivos para compósitos de matriz polimérica. Os trabalhos até agora realizados nestes compósitos mostraram um razoável aumento na resistência mecânica com a proporção de fibra. Como algumas possíveis aplicações para compósitos de piaçava demandariam resistência ao impacto, o objetivo do presente trabalho foi realizar um estudo da tenacidade ao ent (mais) alhe, medida em pêndulo de impacto de compósitos com matriz poliéster reforçada com fibras rígidas e alinhadas de piaçava. Corpos de prova padronizados de compósitos com até 40% de fibras contínuas de piaçava foram avaliados por meio de ensaios Charpy e suas microestruturas na fratura investigadas através de microscopia eletrônica de varredura. Os resultados obtidos revelaram que compósitos de piaçava apresentam tenacidade ao entalhe comparativamente superior ao de outros compósitos poliméricos de fibras naturais. Resumo em inglês Rigid piassava fibers of the specie Attalea funifera Mart have been recently investigated as effective reinforcements for polymeric composites. The works performed so far in these composites have shown a reasonable increase in the mechanical strength with the amount of fiber. Since some possible application for piassava composites would demand resistance to impact, the objective of the present work was to carry out a study on the notch toughness, measured by a pendulum ha (mais) mmer, of rigid and aligned piassava fiber reinforced polyester matrix composites. Standard specimens of composites with up to 40 wt.% of continuous piassava fibers were evaluated by means of Charpy tests and their fracture microstructure investigated by scanning electron microscopy. The results obtain showed that piassava composites present a notch toughness behavior that is comparatively superior to that of other natural fiber reinforced polymeric composites.

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Sistema de baixo custo para nucleação de pré-trincas por fadiga em corpos de prova de tenacidade à fratura

Guimarães, V.A.; Hein, L.R.O.; Zangrandi Filho, J.
2001-07-01

Resumo em inglês Fracture toughness testing becomes a very important parameter for mechanical design and maintenance of parts and structures. This work presents the design and construction of a machine device to perform the pre-crack nucleation on SE(B) specimens for fracture toughness testing. Employing this device, it is possible to test materials for K Ic, CTOD and J Ic in a conventional tensile test equipment, assisted by a data acquisition system. The device is based on the concept o (mais) f loading from an eccentric mechanism, controlling the displacement by means of a marking ring. The main contribution of this work is the low cost technology offered for laboratories, without high priced servo-hydraulic testing machines, giving them autonomy for the execution of fracture toughness tests. The experimental results satisfied the expectation about crack nucleation on SE(B) and applied loading control.

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Preformas para compósitos estruturais/ Preforms for structural composites

Pardini, Luiz Claudio
2000-06-01

Resumo em português Os compósitos estruturais com reforço uni ou bi-direcional, ao contrário dos materiais homogêneos e isotrópicos, apresentam tanto baixa resistência ao cisalhamento interlaminar ((mais) ilização de matrizes com maior tenacidade à fratura em compósitos produz resultados insatisfatórios para aplicações estruturais, pois o ganho na resistência à fratura interlaminar é insuficiente. A utilização de reforços multi-direcionais (preformas) têm gerado resultados significativos nesse particular fazendo com que as pesquisas sejam direcionadas para essa tecnologia. O presente trabalho descreve os métodos que estão sendo utilizados para obtenção de preformas multi-direcionais, tanto para aplicação em compósitos poliméricos quanto para compósitos termo-estruturais. A adição de uma fração volumétrica de fibras equivalente a ~1 - 2% na direção normal ao plano do compósito é suficiente para conferir tanto resistência ao cisalhamento quanto tenacidade à fratura interlaminar, sem prejudicar as propriedades originais em outras direções. A utilização de preformas multi-direcionais permite também maior isotropia de propriedades, maior tenacidade à fratura e resistência às tensões térmicas durante o processamento e em serviço. Resumo em inglês Stacked laminated composites structures (uni and bi-direcional), unlike homogeneous isotropic materials, exhibit low shear strength ((mais) orms have shown significant improvements in interlaminar fracture toughness of composites and a lot of research has been done using this technology. The present work describes methods to obtain multi-axis preforms for either polymer or thermo-structural composites. Many investigations have shown that addition of a ~1-2% fibre volume fraction normal to main fibre plane is enough to provide an adequate shear and interlaminar fracture resistance for the composite keeping in-plane properties. Multi-axis preforms provide higher isotropy, higher fracture toughness and resistance to thermal stresses during processing and service.

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Estudo do nitreto de alumínio para aplicações termo-mecânicas/ Study of aluminum nitride for thermomechanical applications

Baldacim, S. A.; Silva, O. M. M.; Santos, C.; Silva, C. R. M.
2005-12-01

Resumo em português O nitreto de alumínio é muito utilizado como material semicondutor em dispositivos óptico-eletrônicos na qual sua alta condutividade térmica permite uma boa dissipação de calor. Por outro lado, devido à alta resistência mecânica e boa estabilidade estrutural à alta temperatura, tem sido crescente o seu estudo para aplicações termo-mecânica levando em considerações os avanços tecnológicos no processamento e caracterização destes materiais. Neste trabalh (mais) o serão apresentados os resultados dos estudos de prensagem a quente do nitreto de alumínio aditivado com 5%, 10% e 20% de uma mistura contendo Al2O3 + Y2O3. A massa específica foi determinada de acordo com a norma ASTM C20-87, as fases presentes por difração de raios X e as análises microestruturais por microscopia eletrônica de varredura. A microdureza e tenacidade à fratura foram avaliadas pelo método de indentação Vickers. Os resultados promissores alcançados de densificação, próximos à densidade teórica, e propriedades mecânicas, mostraram a viabilidade da utilização do AlN em aplicações estruturais. Resumo em inglês Aluminum nitride is applied as semiconductor material in optical-electronic devices due to its high thermal conductivity and high heat dissipation. On the other hand, due to high mechanical strength and high-temperature structural stability this material has been studied for thermomechanical application. In this work the results of the physical and mechanical properties of aluminum nitride sintered by hot uniaxial pressing with 5%, 10% and 20% of YAG (Al2O3+Y2O3 ) additio (mais) ns are presented. The specific mass was determined by ASTM C20-87 standard, crystalline phases identified by X-ray diffraction and microstructural analysis performed by scanning electron microscopy. The microhardness and fracture toughness values were determined on the polished surface, at room temperature, using Vickers indentation method. The excellent results obtained for densification and mechanical properties show the viability of the use of aluminum nitride in structural applications.

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Estudo da sinterização da zircônia dopada com óxidos de terras raras a 5 GPa de pressão/ Sintering of rare earth-doped zirconia under 5 GPa pressure

Kuranaga, C.; Ribeiro, F. S. de Azevedo; Filgueira, M.
2005-06-01

Resumo em português A zircônia (ZrO2) tem mostrado grande destaque entre as cerâmicas avançadas, atraindo muito o interesse de pesquisadores em seus vários campos de atuação. A zircônia apresenta elevada resistência quando na fase tetragonal, mas a fase estável a temperatura ambiente é a monoclínica, sendo necessário o uso de estabilizantes para a fase tetragonal. Neste trabalho propomos a sinterização rápida da zircônia parcialmente estabilizada com óxidos de terras raras ( (mais) ZrO2-OTR), mediante o emprego da alta pressão de 5 GPa. As condições de sinterização realizadas neste trabalho são inovadoras, haja visto que utilizou-se de tecnologia alternativa para processar a ZrO2-OTR, chamada de altas temperaturas e altas pressões (HPHT). Foi utilizada uma pressão de 5 GPa, temperaturas de 1100, 1200 e 1300 ºC nos tempos de 2 e 5 min. O melhor resultado foi obtido nas amostras sinterizadas a 5 GPa/1300 ºC/5 min, onde apresentaram microdureza média de 488,73 kgf/mm², para uma tenacidade à fratura de 5,33 MPa.m½, as quais apresentaram densidade da ordem de 97,88% da teórica, e 88% em volume de fase tetragonal retida à temperatura ambiente. Resumo em inglês Zirconia (ZrO2) has shown great projection among the advanced ceramics, attracting the interest of researchers in its various fields of application. Tetragonal zirconia presents high mechanical strength, but the room temperature stable phase is the monoclinic, being necessary the use of stabilizers for obtaining the tetragonal phase. In this work the rapid sintering of zirconia partially stabilized with rare earth oxides (ZrO2-OTR), via 5 GPa high pressure is proposed. Th (mais) e sintering conditions employed in this work are innovative, due to the use of an alternative technology to process ZrO2-OTR, so called high temperature - high pressure (HPHT). A pressure of 5 GPa and temperatures of 1100, 1200 and 1300 ºC for times of 2 and 5 min were used. The best results were obtained for samples sintered at 5 GPa at 1300 ºC/5 min., where a micro-hardness of 488,73 kgf/mm², a fracture toughness of 5,33 MPa.m½, a density of 97,88%, and a 88vol.% of tetragonal phase retained at room temperature were achieved.

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Comportamento de curva-R de refratários de MgO-C/ R-curve behavior of MgO-C refractories

Rodrigues, J. A.; Pandolfelli, V. C.
2000-03-01

Resumo em português Refratários de MgO-C com 8 e 13 %-p (%-pêso) de carbono foram estudados quanto às suas propriedades mecânicas e termo-mecânicas. O módulo de ruptura, o módulo elástico, o coeficiente de expansão térmica linear, a tenacidade à fratura, a energia total de fratura e os parâmetros de resistência ao dano por choque térmico, R'''' e Rst, foram caracterizados. A resistência ao dano por choque térmico foi investigada através da aplicação de um único ciclo de c (mais) hoque térmico com a sua severidade variando no intervalo de 200 °C a 800 °C. Os métodos das linhas radiantes, elasto-plástico e energético foram aplicados para a obtenção das curvas-R. A forma e o comportamento de curva-R desses materiais também foram investigados. A partir das curvas-R obtidas, deduziu-se os valores médios de R, sendo esses valores comparados com a energia total de fratura, como critério de confiabilidade nas curvas-R encontradas. Com isso pôde-se investigar, para esses refratários, o efeito do teor de carbono sobre o nível e a forma da curva-R, assim como o efeito dos diferentes métodos de determinação da curva-R. Os resultados indicam claramente que embora o aumento do teor de carbono, na forma de flocos de grafite, enfraqueça o material, em termos de resistência mecânica, esse mesmo carbono causa o aumento significativo da energia total de fratura e da resistência ao dano por choque térmico. Conluíu-se que, surpreendentemente, o método das linhas radiantes para a determinação da curva-R dos refratários de MgO-C é o mais adequado e confiável. A importância disso está no fato desse método ser o mais simples e de não requerer instrumentação onerosa, tendo como base tão somente a mecânica elástica linear. Isso sugere uma metodologia de caracterização termo-mecânica simples para ser usada na fabricação e na recepção de refratários, quando se tratar de resistência ao dano por choque térmico. Resumo em inglês MgO-C refractories with 8 and 13 wt-% Carbon were studied regarding its mechanical and thermo-mechanical properties. The modulus of rupture, the modulus of elasticity, the linear thermal expansion coefficient, the fracture toughness, the total work of fracture, and the parameters expressing the resistance to thermal shock damage, R'''' and Rst, were characterized. Thermal shock damage was investigated by submitting the refractories to a single thermal shock cycle in the t (mais) emperature range of 200°C to 800°C. The radiant lines, elasto-plastic and energetic methods were applied to obtain the R-curves. The shape and behaviour of the R-curve of these materials were also investigated. Based on the R-curves profiles, the average R values were obtained and compared to those of the total work of fracture, which were assumed as the criterion to evaluate the R-curves reliability. Thus, it was possible to investigate the effect of the carbon content on the level and shape of the R-curve for these refractories, as well as the effect of the different methods used to determine the R-curve. The results clearly indicate that, although an increase of the carbon content in the form of graphite flakes weakens the material in terms of mechanical strength, this same carbon causes a significant increase of total work of fracture and of resistance to thermal shock damage. Lastly, it was concluded that, surprisingly, the radiant lines method to determine the R-curve of MgO-C refractories is the most suitable and reliable one. The importance of this result lies on the simplicity of the radiant lines method since it does not require sophisticated and costly instrumentation and it is based simply on linear elastic mechanics. This suggests a methodology for a suitable and simple thermo-mechanical quality control for these refractories, insofar as resistance to thermal shock damage is concerned.

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Blendas SAN/NBR: influência do teor de acrilonitrila e da viscosidade da borracha nitrílica nas propriedades mecânicas/ SAN/NBR blends: influence of acrylonitrile content and the viscosity of the rubber phase on the mechanical properties

Leitzke, Tatiana Cunha; Pezzin, Ana Paula Testa; Pezzin, Sérgio Henrique
2007-12-01

Resumo em português Com o objetivo de desenvolver materiais poliméricos com elevada tenacidade, borrachas de poli(butadieno-co-acrilonitrila) (NBR), com teores de acrilonitrila (NA) variando de 32,9 a 45,7%, foram incorporadas ao poli(estireno-co-acrilonitrila) (SAN), por extrusão seguida de injeção. A adição do NBR resultou em um aumento significativo na resistência ao impacto e na deformação na ruptura, que foram fortemente influenciadas pela composição da blenda, pelo teor de a (mais) crilonitrila e pela viscosidade dos NBRs, porém, houve a diminuição da resistência à tração. Os resultados mais expressivos para resistência ao impacto (157,1 ± 3.7 J/m) foram obtidos para a blenda 70/30 (%m/m) utilizando NBR com 33,1% de acrilonitrila e viscosidade Mooney de 51 ML 1+4 (100°C), um valor cerca de 700% maior que o verificado para o SAN puro (22,4 ± 1.1 J/m). A análise da superfície de fratura por microscopia eletrônica de varredura revelou homogeneidade dos domínios elastoméricos dispersos na matriz, bem como o aparecimento de microtrincas e/ou deformação plástica para todas as blendas. O tamanho dos domínios de NBR diminui com o aumento do teor de acrilonitrila presente no NBR, enquanto a quantidade de domínios diminui com o aumento da viscosidade. Resumo em inglês Aiming the development of high toughness polymeric materials, poly(butadiene-co-acrylonitrile) rubbers (NBRs) with acrylonitrile (AN) contents varying from 32.9 to 45.7% were incorporated to poly(styrene-co-acrylonitrile) (SAN) by monoscrew extrusion followed by injection molding. Addition of NBR resulted in significant improvements in the impact strength and the elongation at break, that were strongly influenced by the blend composition, the AN contents and the NBR melt (mais) viscosities, but the tensile strength was slightly decreased. The best impact strength results (157.1 ± 3.7J/m) were obtained with a 70/30 (%w/w) SAN/NBR blend using NBR with 33.1% of AN and Mooney viscosity of 51 ML 1+4 (100°C), being ca. 700% higher than the values for pure SAN (22.4 ± 1.1J/m). Scanning electron micrographs (SEM) from fracture surfaces revealed homogeneously dispersed spherical elastomeric domains, and the appearance of yielding and/or crazing processes for all blends. The size of NBR domains decreased as the AN content increased, while the number of NBR domains decreased as the melt viscosity increased.

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Avaliação da tenacidade à fratura de diferentes sistemas cerâmicos/ Relative fracture toughness of differents dental ceramics

Pagani, Clovis; Miranda, Carolina Baptista; Bottino, Marco Cícero
2003-03-01

Resumo em português Embora as cerâmicas possuam alta resistência à compressão, apresentam friabilidade devido à sua baixa resistência à tração e, desta forma, possuem menor capacidade de absorver impactos. Este trabalho avaliou a tenacidade à fratura de diferentes sistemas cerâmicos, que refere-se à medida da habilidade de absorção da energia de deformação de um material friável. Foram confeccionados 30 corpos-de-prova em forma de discos (5mmx3mm) utilizando-se três diferen (mais) tes materiais cerâmicos, os quais foram divididos em 3 grupos: G1-10 amostras confeccionadas com a cerâmica Vitadur Alpha (Vita-Zahnfabrik); G2-10 amostras confeccionadas com a cerâmica IPS Empress 2 (Ivoclar-Vivadent) e G3-10 amostras confeccionadas com a cerâmica In-Ceram Alumina (Vita-Zahnfabrik). Para a obtenção dos valores de tenacidade foi utilizada a técnica da indentação que se baseia na série de fissuras que se formam sob uma carga pesada. Foram realizadas 4 impressões por amostra, utilizado um microdurômetro (Digital Microhardness Tester FM) com uma carga de 500gf, durante 10 segundos. A análise estatística dos dados (Testes ANOVA de Kruskal-Wallis e Dunn), indica que a cerâmica In-Ceram Alumina apresentou valor mediano (2,96N/m3/2), estatisticamente diferente do apresentado pela IPS Empress 2 (1,05N/m3/2), enquanto que a cerâmica Vitadur Alpha apresentou valores intermediários (2,08N/m3/2), sem diferenças estatísticas dos outros dois materiais. Conclui-se que as cerâmicas apresentam diferentes desempenhos de tenacidade à fratura, sendo a In-Ceram capaz de absorver maior energia comparada a Vitadur Alpha e ao IPS Empress2. Resumo em inglês Although ceramics present high compressive strength, they are brittle materials due to their low tensile strength so they have lower capacity to absorb shocks. This study evaluated the fracture toughness of different ceramic systems, which refers to the ability of a friable material to absorb defformation energy. Three ceramic systems were investigated. Ten cylindrical samples (5,0mm x 3,0mm), were obtained from each ceramic material as follows: G1- 10 samples of Vitadur (mais) Alpha (Vita-Zahnfabrik); G2- 10 samples of IPS Empress2 (Ivoclar-Vivadent); G3- 10 samples of In-Ceram Alumina (Vita-Zahnfabrik). Fracture toughness values were collected upon indentation tests that were performed under a heavy load. A microhardness tester (Digital Microhardness Tester FM) utilized a 500gf load cell during 10seconds to perform four impressions on each sample. Statistically significant results were observed (ANOVA and Kruskal-Wallis tests). In-Ceram Alumina presented the highest median toughness values (2,96N/m3/2), followed by Vitadur Alpha (2,08N/m3/2) and IPS Empress2 (1,05N/m3/2). It may be concluded that different ceramic systems present distinct fracture toughness values, thus In-Ceram is capable of absorbing superior stress when compared to Vitadur Alpha and IPS Empress2.

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Fratura de refratários/ Fracture of refractories

Cunha-Duncan, F. N.; Bradt, R. C.
2003-12-01

Resumo em português A fratura de refratários é considerada sob o ponto de vista tradicional de resistência mecânica além da perspectiva da mecânica da fratura. Resistência mecânica e tenacidade à fratura são relacionadas por meio do tamanho dos agregados em refratários, o que ilustra a importância dos aspectos microestruturais dos agregados refratários na resistência. O método de análise da integral-J e a técnica experimental da separação de cunha (wedge-spliting) são rev (mais) isados devido ao fato destes serem convenientes para explicar o caráter não-linear da curva força-deslocamento para refratários. Este último aspecto é associado ao conceito de curva-R crescente, que é discutido sob o ponto de vista fenomenológico. Curvas-R crescentes estão diretamente relacionadas ao agregado refratário através dos mecanismos de tenacidade que são ativos na zona de processo de trinca, tanto na frente como atrás da trinca em propagação. Os processos de tenacificação de refratários são responsáveis pelas regiões não-lineares das curvas ou diagramas de tensão-deformação e força-deslocamento e das curvas-R crescentes. O dano por choque térmico, originalmente apresentado sob o ponto de vista convencional de resistência mecânica é abrangido no conceito de curva-R crescente. Concluiu-se que a natureza dos agregados de refratários, bem como seu tamanho e distribuição, tem importância decisiva no fenômeno de fratura em refratários. Isso é devido ao papel crucial que agregados assumem na região de propagação da trinca. A distribuição do agregado deve ser o foco do arranjo microestrutural para melhores características de fratura, quando todos os outros fatores são de igual importância ao refratário como um todo. Resumo em inglês Fracture of refractories is considered from the traditional strength point of view and from the perspective of fracture mechanics. Strength and fracture toughness are related through the aggregate sizing of refractories, which illustrates the importance of the microstructural aspects of the refractory aggregate to the strength. The J-integral analysis methodology and the wedge-splitting experimental technique are both reviewed, as they are useful to address the nonlinear (mais) load-displacement character of refractories. The latter is associated with the concept of a rising R-curve, which is discussed from the phenomenological point of view. The rising R-curve is directly related to the refractory aggregates through toughening mechanisms that are active in the crack process zone, both in the front of and behind an extending crack. The refractory toughening processes are responsible for the nonlinear portions of the stress-strain and load-displacement curves, or diagrams and the rising R-curves. Thermal shock damage, which is originally addressed from the conventional strength viewpoint is then considered within the rising R-curve concept. It is concluded that the refractory aggregates, their size and distribution in a refractory body, assume an absolutely critical role in refractory fracture phenomena. This is because of the crucial role that aggregates assume in he following wake region of a crack. The aggregate distribution must be the focus of microstructural design for improved fracture characteristics when all other factors are equal in a refractory body.

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