Influência das Tensões Residuais Macroscópicas no Comportamento de Fratura de Porcelanatos Submetidos à Carga de Flexão

Abstract

ResumoEste estudo discute o comportamento de fratura de porcelanatos industriais submetidos à carga de flexão. Diferentes magnitudes de tensões residuais foram geradas com a utilização de ciclos de queima com distintas velocidades de resfriamento. A tensão residual macroscópica foi determinada pelo método SRSM. Através do ensaio de flexão foi possível observar que os porcelanatos submetidos a resfriamentos rápidos (mais tensionados) desenvolveram fraturas irregulares.Palavras-chave: tensão residual, porcelanato, fratura. IntroduçãoO porcelanato é um produto de alto rendimento que consiste basicamente em uma abundante matriz vítrea (50-65%), quartzo (10-25%), mulita (<10%) e feldspatos não fundidos (0-10%) [1][2][3] . Ainda que estas composições se assemelhem às composições de porcelanas, o processo de fabricação se difere consideravelmente na fase da queima. Os ciclos de queima dos porcelanatos são muito mais rápidos (40-60 min) que os ciclos de queima das porcelanas típicas (12-24 h) 4 . O crescente desenvolvimento dos materiais cerâmicos e a alta competitividade entre os fabricantes ocasiona buscas pela redução dos custos de produção sem prejudicar os padrões de qualidade 5 . A queima é a etapa principal da rota tecnológica de fabricação de revestimentos cerâmicos e vem passando nos últimos anos por constantes modificações, com redução cada vez mais significativa dos ciclos de queima levando a um incremento na produtividade 6 . Vários autores 3,7-11 demostram que o resfriamento rápido gera tensões residuais nas peças. Estas tensões podem originar o aumento da degradação microestrutural e afetar a resistência mecânica das peças. Podem ainda comprometer o desempenho durante operações de corte para a instalação dos revestimentos e fazer com que as peças fraturem segundo trajetórias não desejadas e aleatórias, conforme mostrado na Figura 1.Essas tensões podem ser de dois tipos: (1) decorrentes de diferença do coeficiente de expansão térmica entre o suporte e o esmalte 7 ; (2) decorrentes de gradiente térmicos ao longo da espessura devido a elevada taxa de resfriamento e a grande quantidade de fase líquida 8,9 . Recentemente, Ke et al. 10 estudaram os defeitos de corte que eram recorrentes em linha de produção industrial. Concluíram que uma mudança no ciclo de queima de 40 para 60 min reduziu o índice de cortes que originavam fratura de 37% para aproximadamente 3%. Segundo os autores, o dano microestrutural provocado pelo desprendimento das partículas de quartzo afeta significativamente as tensões residuais macroscópicas e o comportamento frente ao corte dos porcelanatos estudados.Outros autores avaliaram a influência das tensões residuais sobre o comportamento frente ao corte de diversos tipos de materiais 12-14 e ferramentas [15][16][17] . Dentre os materiais cerâmicos, os laminados vêm sendo amplamente estudados, em particular em relação a modo de propagação de trincas e modelagem por elementos finitos para explorar a causa das fraturas [18][19][20][21] . Com relação às ferramentas, destaca-se a utilização de ...