SIMULAÇÃO MATEMÁTICA DO PROCESSO DE TÊMPERA EM MATERIAIS CERÂMICOS COMPOSTOS POR UMA MATRIZ VÍTREA E PARTÍCULAS CRISTALINAS DE QUARTZO

Abstract

Este trabalho estuda as tensões residuais macroscópicas em compósitos de matriz cerâmica (CMC). As tensões residuais macroscópicas são provenientes de uma alta velocidade de resfriamento correspondente a um processo de têmpera (quenching). O modelo desenvolvido incorpora propriedades elásticas e viscoelásticas de materiais cerâmicos. O perfil de tensões em uma seção transversal do corpo de prova pôde ser calculado durante toda a etapa de resfriamento. Uma densa matriz vítrea de feldspato sódico foi desenvolvida para o estudo das tensões residuais, suas propriedades térmicas e mecânicas foram mensuradas. Por outro lado, partículas cristalinas de quartzo com diferentes tamanhos e frações volumétricas foram adicionadas à matriz vítrea. Os resultados mostraram que a simulação numérica se adequou aos resultados experimentais, medidos com o método de relaxação de deformações por corte incremental. Os resultados da simulação numérica mostraram que somente houve geração de tensões residuais quando o material cerâmico foi submetido a um resfriamento rápido (têmpera). Por outro lado, estudou-se também o efeito da adição de partículas cristalinas de quartzo sobre as tensões residuais. Nesse sentido, os resultados mostraram que as partículas cristalinas de quartzo provocaram um estado de tração na superfície do material durante a transição alotrópica do quartzo (573ºC). A magnitude dessa tração chegou a um valor de ~25% da resistência mecânica do material. Com isso, o desenvolvimento dessa ferramenta matemática possibilitou prever a tensão residual na superfície do material cerâmico somente conhecendo suas propriedades termomecânicas; possibilitando assim, conhecer o incremento da resistência mecânica do material para cada velocidade de resfriamento utilizada.