Valores de dureza e módulo de elasticidade

Para a obtenção dos valores experimentais de dureza e do módulo de elasticidade das amostras da liga Ti6Al4V, das porcelanas de dissilicato de lítio e feldspática e para dois dentes molares, foram realizados ensaio de indentação com carga máxima de penetração de 1N e de 0,5N, e realizou-se a análise dos dados da curva p-h p a partir de um programa especialmente desenvolvido para a determinação dos resultados dessejados. Para cada indentação uma curva p-h foi gerada, como mostrado na Fig. 25.

Figura 25 - Curva ajustada mostrando onde começa e onde termina o carregamento e o descarregamento da carga aplicada para a amostra de porcelana feldspática para carga maxima de 1N (AUTORIA PRÓPIA)

Com os valores do coeficiente de Poisson, mostrados na Tab. 3, de cada material, a curva de indentação gerada pode-se determinar a dureza e o módulo de elasticidade e o valor da constante de carrgamento C.

Tabela 3 - Tabela de valores encontrados na literatura (mostrados em ANEXO IV) para o Coeficiente de Poison (v) e Módulo de Elasticidade

Amostra Coeficiente de Poisson (𝒗) Módulo de Elasticidade

Literatura (GPa)

Esmalte dentário 0,30 41,0

Porcelana Feldspática 0,28 67,7

Dissilicato de lítio 0,25 80,0

Ti6Al4V 0,342 115,0

Para a geração da curva corrigida da liga Ti6Al4V, não foi possível a leitura para as 5 indentações, sendo realizada a leitura para 2 indentações de cada carga. Isso ocorreu, pois como a curva de indentação da liga é um pouco menos inclinada, qualquer imprecisão no

processo de indentação instrumentada acarreta em um erro de “pile-up”, no qual o gráfico fica mais aberto, como mostrado na Fig. 26, e não possibilita a leitura correta dos dados, impossibilitando a obtenção da curva corrigida de carregamento e descarregamento.

Figura 26 - Curva p-h mostrando o erro na curva de descarregamento no processo de indentação (AUTORIA PRÓPIA)

A Tab. 4 mostra os resultados de dureza, módulo de elasticidade e constante C para força máxima de 1 N. Esses dados também são mostrados na Fig. 27.

Verifica-se nos gráficos obtidos que o maior módulo de elasticidade encontrado foi para o material de dissilicato de lítio, assim como para a constante do material, que fornece uma noção a respeito da resistência à penetração do material. Tal resultado está de acordo com a literatura quando comparado com as amostras dentarias e feldspática, no Anexo IV se encontram os valores encontrados na literatura para cada amostra analisada. Entretanto, quando comparado com a liga de titânio, a qual deveria mostrar um maior valor para o módulo de elasticidade, o resultado não condiz com o previsto.

Tabela 4 - Tabela para os valores obtidos com o teste de indentação instrumentada com ajuda do algoritmo do programa matlab para diferentes materiais testados para a carga máxima de 1N

Amostra Média ± Desvio Padrão

Módulo de Elasticidade (Gpa) Dureza (Gpa) Coeficiente do Material Dente 1 64,87 ± 11,46 8,66 ± 1,07 120,91 ± 5,29 Dente 2 55,51 ± 0,67 8,62 ± 0,71 112,14 ± 4,65 Dissilicato de Lítio 102,83 ± 38,02 11,01 ± 2,83 160,30 ± 13,65 Porcelana Feldspática 86,77 ± 16,38 6,66 ± 0,61 114,93 ± 6,92 Ti6Al4V 82,49 ± 47,29 11,63 ± 3,92 115,85 ± 4,59

Figura 27 - Gráfico de barras comparativo entre as propriedades mecânicas encontradas para o ensaio de indentação instrumentada para diferentes biomateriais com carga máxima de 1N (a) comparativo entre o módulo de elasticidade (b) comparativo entre a dureza (c) comparativo entre a constante do material (AUTORIA PRÓPIA)

Para as indentações com carga máxima de 0,5 N, foram realizados os mesmos procedimentos que para carga máxima de 1 N. A Tab. 5, organiza os valores obtidos para a profundidade máxima de indentação com carga de 0,5 N, mostrando a variação entre estes resultados, e dá origem aos gráficos mostrados na Fig. 28. Para esta carga máxima, verifica- se o mesmo efeito que para a carga de 1 N, o que dá credibilidade à pesquisa. Em contrapartida, observa-se que os valores obtidos para dureza foram muito mais altos, isso ocorre, pois, uma carga menor apresenta uma maior dificuldade de penetração, mostrando uma maior rigidez do material, principalmente para a liga Ti6Al4V que mostrou um valor duas vezes maior.

Tabela 5 - Tabela para os valores obtidos com o teste de indentação instrumentada com ajuda do algoritmo do programa matlab para diferentes materiais testados para a carga máxima de 0,5N

Amostra Média ± Desvio Padrão

Módulo de Elasticidade (Gpa) Dureza (Gpa) Coeficiente do Material Dente 1 59,75 ± 8,60 14,28 ± 2,94 135,18 ± 3,75 Dente 2 80,48 ± 35,58 10,24 ± 2,95 123,35 ± 10,29 Dissilicato de Lítio 115,91 ± 29,72 12,94 ± 3,39 184,93 ± 11,71 Porcelana Feldspática 95,97 ± 9,50 8,29 ± 1,49 150,49 ± 25,08 Ti6Al4V 50,61 ± 3,67 23,23 ± 6,26 112,52 ± 27,32

Figura 28 - Gráfico de barras comparativo entre as propriedades mecânicas encontradas para o ensaio de indentação instrumentada para diferentes biomateriais com carga máxima de 0,5N (a) comparativo entre o módulo de elasticidade (b) comparativo entre a dureza (c) comparativo entre a constante do material (AUTORIA PRÓPIA)

Nas últimas décadas, houve um crescimento significativo no uso de biomateriais, isso graças às evoluções nas áreas da Engenharia e da Saúde (RODRIGUES, 2013) e também porque houve um aumento na necessidade de que os mesmos fossem utilizados, devido a fatores como o aumento de fatores que levam a lesões que requerem a utilização de implantes, os quais são feitos a partir de biomateriais. Logo, o conhecimento sobre as propriedades destes materiais se faz relevante, pelo crescimento da sua utilização e por causa de novas tecnologias que estão surgindo.

Este trabalho avaliou as propriedades mecânicas de alguns biomateriais utilizados em próteses odontológicas, que devido ao alto custo dos materiais para implantes dentários há a dificuldade na obtenção de corpos de prova para a realização de testes com a finalidade de descobrir as propriedades mecânicas dos mesmos. Procura-se então métodos não destrutivos para se descobrir as propriedades mecânicas destes materiais, sendo assim, foram realizados testes por meio de indentação instrumentada já que este tipo de análise apresenta algumas vantagens sobre os ensaios convencionais, como a economia de material e tempo para reprodução de resultados.

Com os resultados obtidos, observou-se que houve um alto desvio padrão principalmente para os testes realizados na liga de titânio para a carga de 1 N, isso ocorre em especial para materiais dúcteis, que não apresentam uma boa resposta ao teste de indentação instrumentada realizado. Para a liga Ti6Al4V, foi possível a visualização de uma pequena inclinação na penetração no momento da indentação (Fig. 24), presente no próprio indentador, o que juntamente com outros erros sistemáticos fez com que os resultados não correspondessem com o teórico. Os testes apontam para a diminuição do erro para cargas menores. Nesse caso, recomenda-se a utilização de testes de nanoindentação para a definição das propriedades mecânicas dessa liga.

Para os materiais frágeis houve uma boa resposta com o processo utilizado, apesar que para as estruturas dentárias os valores encontrados tiveram um desvio padrão considerável, principalmente para a amostra de dente 1 que se mostrou mais frágil. Uma das fontes de erro pode ter acontecido devido o embutimento das amostras, pois ao realizar a leitura dos dados no momento da penetração foi realizado a leitura de todas as camadas entre o suporte da amostra e o indentador, realizando a medição também da massa epóxi utilizada para o embutimento das amostras de porcelana e dentárias.

A dificuldade para se conseguir uma face plana nas amostras dentárias, e o processo de lixamento necessário para isso, podem ter reduzido a espessura do esmalte dentário a ponto que houveram interações entre as camadas mais internas do dente, provocando o

afundamento do indentador no esmalte dentário, dando um valor de dureza maior que o real. Além da espessura irregular do esmalte dentário e da inclinação existente durante a penetração do indentador, fazendo com que os dados obtidos fossem de uma face diagonal do dente.

Dentre as porcelanas analisadas, apesar da amostra da porcelana feldspática ter apresentado alta deformação ao redor da indentação, esta foi a que melhor apresentou resultados numéricos, ficando bem próximo da literatura. Enquanto que para o dissilicato de lítio, houve um desvio padrão mais alto em comparação à feldspática. As respostas obtidas para as cargas de 0,5 N se mostraram melhores que para a carga de 1 N, atestando que se fossem possíveis a realização de nanoindentações, provavelmente, os resultados seriam ainda melhores. As trincas abertas das extremidades da indentação e a quebra das mesmas extremidades mostram a dificuldade inerente em se fazer este tipo de ensaio em materiais frágeis, como os cerâmicos.

Outra fonte de erro sistemático é o penetrador Vickers ser muito antigo, com isso a ponta do indentador está arredondada e não pontiaguda (irregular), o que faz com que a área de contato seja muito diferente da área ideal, sendo que esta última foi a utilizada para os cálculos no algoritmo para a obtenção dos valores dos parâmetros pretendidos. A área real não foi possível ser calculada devido à grande dificuldade para a visualização correta da área de contato real.