A resistência mecânica das pastilhas foi verificada por resistência à penetração. Ensaios de indentação são utilizados para medição da resistência à penetração em diversos materiais. Características físicas e mecânicas podem ser observadas pela mensuração da dureza.
As técnicas de medição de dureza por resistência ao risco, como Mohs, ou por indentação, como Knoops, Rockwel, Brinell e Vickers, são bastantes utilizadas. Contudo, a dureza Vickers (HV) é a que mais apresenta versatilidade, podendo ainda extrair características mecânicas como módulo de Young, tenacidade à fratura e curva do comportamento da tensão versus deformação[109, 110]. A tabela 21 apresenta os valores obtidos na mensuração da dureza.
Tabela 21 - Valores de dureza Vickers (HV)
Temperatura/ ºC Pastilhas % peso 0% 10% 20% 30% 40% 50% 700 SL00 952 SL01 450 370 - - - SL02 650 350 - - - SL03 890 690 - - - 800 SL00 1045 SL01 905 900 - - - SL02 850 800 648 570 550 SL03 1025 1005 948 835 850 900 SL00 1580 SL01 1350 1335 1367 905 899 SL02 1003 990 453 440 430 SL03 1505 1470 1461 1330 1350
67 Observando a tabela 21, duas características são acentuadas: a) aumento da temperatura proporciona aumento de dureza; b) aumento de percentagem de carga de resíduo diminui a dureza.
A característica a) pode ser explicada pelo fato de que um aumento de temperatura proporciona um aumento de molhamento do sistema, permitindo uma união dos grãos e, por sua vez, um aumento da resistência após resfriamento. A característica b) apresenta um ponto interessante, a torta misturada ao vidro não contribui com a completa união dos grãos, ou seja, a torta não funciona como fundente do sistema. Os pós da torta em quantidade superior à 30%, distribuídos no sistema, absorvem a energia térmica, não permitindo ou dificultando o aparecimento da fase de molhamento dos grãos de vidro. A ausência do molhamento pode criar trincas no corpo, facilitando o desagrupamento estrutural das pastilhas.
A análise específica para pastilhas SL02 avalia a queda da dureza acentuada com o aumento da percentagem de resíduo, em todas as temperaturas. Atribui-se essa queda às reações físico- químicas do zinco, que ocorrem próximas à temperatura de transformação de fase do zinco que é 907 ºC[111].
De acordo com Nagano[112], a diminuição na dureza pode ser provocada pelas partículas de resíduos, que proporcionam uma camada intermediaria entre as esferas de vidro[113], diminuindo a resistência do sistema. As pastilhas sem resíduos (coluna 0%) apresentaram dureza superior a qualquer pastilha com resíduo, dentro de sua faixa de tratamento térmico, permitindo facilmente a comparação.
A figura 37 apresenta a amostra de vidro sem resíduo. A impressão feita pelo penetrador é visível, a pastilha não apresentou trinca, permitindo fazer a leitura da dureza HV.
68 A figura 38 apresenta um exemplar de pastilhas tratada a 700 ºC com composição de resíduo acima de 30 %p. A pastilha não suportou o ensaio apresentando trinca ocasionada pela penetração. Com o aumento da carga, houve o aumento da trinca. Comportamento similar foi verificado nas pastilhas com carga superior.
Figura 38 - Imagem da pastilha com inclusão de resíduos acima de 30%p (ampliação de 40x)
As figuras 39 (a) e (b) são de pastilhas tratadas a 800 ºC. A figura 39 (a) representa uma amostra de vidro com resíduo SL01, em percentagem acima de 30%p. Esta amostra não suportou a carga aplicada, resultando em trincas na região que contorna o ponto de penetração (identificado pelas setas). Diferentemente para a amostra da figura 39 (b), onde o penetrador conseguiu imprimir uma marca na amostra de vidro com resíduo SL02, demonstrando uma melhora na macroestrutura da pastilha e, por consequência, aumento da resistência da amostra.
Figura 39 - (a) Imagem da pastilha vidro com resíduo SL01 (30%p); (b) Imagem da pastilha de vidro com resíduo SL02 (30%p) (ampliação de 40x)
As figuras 40 (a) e (b) representam as pastilhas vidro com resíduo SL03 e vidro sem resíduo, respectivamente. A resistência oferecida à penetração permite inferir que o patamar de
69 temperatura de 800 ºC, criou uma estrutura mais homogênea nas pastilhas, não sendo observadas trincas provenientes da pressão de penetração.
Figura 40 - (a) Imagem da pastilha de vidro com resíduo SL03(30%p); (b) Pastilha de vidro sem resíduo (ampliação 40x)
No tratamento a 900 ºC as pastilhas não romperam, mesmo na presença de mais elevada contaminação. A presença de contaminantes em percentagem maior não impediu o molhamento dos grãos e a interação entre vidro e resíduo.
Observa-se, na figura 41, (a) vidro com resíduo SL01, que a medição da dureza proporcionou uma trinca superficial (ponto I até o ponto II), ocasionada pela pressão exercida pelo penetrador (ponto III). Contudo, a pastilha não se colapsou. A figura 41 (b), vidro com resíduo SL02, apresenta uma superfície de textura lisa, resistente, suportando a pressão exercida pelo penetrador sem apresentar trincas superficiais.
Figura 41 - (a) Imagem da pastilha de vidro com resíduo SL01(30%p); (b) Imagem de vidro com resíduo SL02 (30%p) (ampliação de 40x)
Observa-se, na figura 42 (a), vidro com resíduo SL03 (30%p), e 42 (b), vidro sem adição de torta, que as pastilhas apresentaram características semelhantes quanto à impressão e resistência ao penetrador, sem entrarem em colapso.
I II
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Figura 42 - (a) Imagem da pastilha de vidro com resíduo SL03(30%p); (b) Pastilha de vidro sem resíduo (ampliação 40 x)
A tabela 22 apresenta comparativo entre as durezas mensuradas nos ensaios e diversos materiais cerâmicos, permitindo verificar a eficiência do tratamento térmico. Pode-se inferir que as durezas aferidas nas pastilhas são compatíveis com materiais cerâmicos de várias aplicações.
Tabela 22 - Variação de materiais com suas respectivas durezas
Descrição Dureza (HV) Referência bibliográfica Comparativo com as pastilhas ensaiadas Cerâmicas Indígenas 203 [114] Menor dureza
encontrada 350 HV (vidro com 20% de Zn a 700 ºC) Maior dureza encontrada 1505 HV (vidro com 10% de fósforo a 900 ºC) Revestimentos cerâmicos de alumina 540 a 800 [115]
Compósitos porosos de hidroxiapatita-
titânia 540 a 904 [116] Pastilhas de metal duro 1.510 a 1.640 [117]
Esmaltes vitrocerâmicos 855 [118]
As durezas obtidas nas pastilhas variam de 350 HV (vidro com resíduo SL02 em 20%p, tratado a 700 ºC) a 1505 HV (vidro com resíduo SL03 em 10%p, tratado a 900 ºC). Essa faixa de dureza pode ser comparada com revestimentos cerâmicos, até com pastilhas de metal duro. Ambos os materiais são de alta resistência à abrasão, assim como resistentes ao processo de operação industrial de usinagem, como as pastilhas de metal duro7.
7 Pastilhas de metal duro são ferramentas utilizadas no corte de metais de alta dureza e podem ser classificadas como uma das ferramentas de maior resistência ao desgaste e à temperatura de trabalho.
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