Efeito da microestrutura sobre o desgaste abrasivo de
vitrocerâmicos
PIBIC/
CNPq
Maicon Douglas de Oliveira Pires, Cláudio A. Perottoni, Robinson C. D. Cruz, Janete E. Zorzi
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INSTITUTO DE MATERIAIS CERÂMICOS, UNIVERSIDADE DE CAXIAS DO SUL, BOM PRINCÍPIO - RS
Introdução
Os materiais vitrocerâmicos podem ser obtidos a partir da cristalização
controlada de materiais vítreos. Materiais vitrocerâmicos também podem ser
obtidos a partir de fontes naturais, como algumas rochas, com baixo ponto de
fusão. Independentemente do tipo de rocha, o fator crítico para a sua utilização na
fabricação de produtos de alto valor agregado é a possibilidade de (re)fundi-las e
realizar tratamentos térmicos pós-resfriamento capazes de desenvolver
propriedades especiais, principalmente aquelas que são obtidas de processos
controlados de formação de fases cristalinas a partir desses vidros. Os materiais
resultantes desta combinação de microcristais dispersos em uma matriz vítrea,
conhecidos como vitrocerâmicos, possuem desempenho térmico, químico e
mecânico superior aos materiais cerâmicos convencionais.
O objetivo deste trabalho é desenvolver, em escala de laboratório, materiais
vitrocerâmicos obtidos a partir de rochas ígneas da formação Serra Geral a fim de
obter produtos cerâmicos inovadores como tubos, canaletas ou blocos resistentes
ao desgaste, com propriedades adequadas para diferentes usos industriais.
Neste trabalho, ensaios de microabrasão (ball cratering tests) foram realizados
para determinar o coeficiente de desgaste dos materiais vitrocerâmicos obtidos.
Neste método, uma esfera de aço endurecido gira sobre a superfície da amostra e
entre a esfera de aço e a superfície da amostra é gotejada uma suspensão abrasiva
que provocará o desgaste da amostra. O resultado é a formação de uma cratera na
superfície da amostra cerâmica. O diâmetro da cratera é medido por microscopia
óptica e partir deste diâmetro, obtém-se o coeficiente de desgaste.
Conforme o gráfico da Figura 1, é possível visualizar a comparação dos
coeficientes de desgaste de todas as amostras ensaiadas. A amostra 008014, queimada a 1600°C obteve o menor coeficiente de desgaste dentre
todos os vitrocerâmicos analisados até o momento. Na Figura 2 podemos
ver crateras de desgaste em uma amostra vitrocerâmica.
Metodologia
Foram realizados ensaios de microabrasão para medir o coeficiente de desgaste
de amostras vitrocerâmicas e de amostras de aço 1020 e ferro fundido. Foram
utilizados o aço 1020 e o ferro fundido como materiais de referência.
O ensaio para desgaste das amostras foi feito usando o equipamento CalotestCSM adaptado com uma célula de carga de 500 g. Neste método, uma esfera de aço
endurecido gira sobre a superfície da amostra. Entre a esfera de aço e a superfície
da amostra é aplicada uma suspensão abrasiva (SiC) que provocará o desgaste da
amostra. O resultado será a formação de uma cratera, no qual o diâmetro é medido
por microscópio óptico. A partir deste diâmetro, obtém-se o coeficiente de
desgaste, K.
Figura 1 – Volume de material removido versus a distância percorrida pela esfera nos
ensaios de microabrasão . A declividade da reta fornece o coeficiente de desgaste.
Neste gráfico estão os resultados do aço 1020, do ferro fundido e das amostras
0071-14 e 0080-14, queimadas em diferentes temperaturas.
(1)
L = Distância percorrida pela esfera sobre a amostra (m).
FN = Força normal sobre a esfera (N).
b = Diâmetro da cratera formada (m).
R = Raio da esfera (m).
Figura 2 – Amostra embutida e polida de um dos vitrocerâmicos estudados (0080-14).
Considerações finais
Resultados e discussão
Na Tabela 1 pode-se visualizar a comparação dos coeficientes de desgaste de
duas amostras cerâmicas queimadas a 1040 e 1600°C, aço 1020 e ferro fundido
obtidos através da equação (1). As amostras queimadas a 1040°C foram as que
obtiveram o menor coeficiente de desgaste.
A amostra queimada em 1040°C foi a que apresentou o maior coeficiente
de desgaste (menos resistente). Observou-se também que um aumento da
temperatura de queima torna o material mais resistente ao desgaste.
A resistência ao desgaste dos materiais vitrocerâmicos é menor do que a
dos materiais metálicos investigados.
O material 0080-14 apresentou desempenho promissor e foi o que mais se
aproximou dos resultados dos metais.
A próxima etapa do trabalho será analisar a microestrutura destes
materiais e também testar novos vitrocerâmicos.
Tabela 1 – Coeficiente de desgaste de diversos materiais vitrocerâmicos e metálicos.
Amostra
Amostra
Amostra
Amostra
Amostra
0071-14
0071-14
0080-14
Aço 1020
Ferro fundido
1040 °C
1600 °C
1600 °C
89
23
6,6
2,1
1,5
Coeficiente de
desgaste
(10-14 m3 N-1)
Agradecimentos
O autores agradecem aos funcionários do IMC, à FAPERGS/RS, SDECT/RS
e ao CNPq pelo apoio financeiro.