Efeito da temperatura em propriedades mecânicas de vidros e fractografia de trincas geradas por ponta Vickers

Abstract

Resumo: Este trabalho tem por objetivo investigar o efeito da temperatura na dureza, no padrão de trincas formado e na determinação da tenacidade à fratura do vidro alcalino e vidro de sílica medidas através da técnica de penetração de uma ponta piramidal Vickers na superfície do vidro. Os testes foram realizados utilizando cargas de 5 à 40N em temperaturas variando da ambiente à 400°C. Os efeitos quimiomecânicos causados pela água foram minimizados utilizando óleo silicone sobre a superfície do vidro. Os padrões de trincas formado ao redor da penetração e no interior do material foi observado por microscopia ótica e eletrônica de varredura. Foram analisadas as trincas radiais primárias e secundárias, trincas laterais, medianas e cônicas quanto a sua morfologia. A medida da tenacidade à fratura, calculada a partir do comprimento das trincas radiais na superfície geradas após penetração da ponta de diamante, é fortemente influenciada pelo aumento da temperatura, indicando uma modificação no campo de tensões em torno da impressão pelo aumento da temperatura. Em testes realizados com cargas de até 5N à 400°C em vidro de sílica ocorre a supressão de trincas cônicas, promovendo, sob esta condição o aumento do comprimento das trincas radiais. Penetrações realizadas nos vidros em alta temperatura revelam também a supressão de algumas trincas radiais nos cantos da impressão, devido ao aumento da carga crítica necessária para nucleação desse tipo de trinca.

Abstract: The purpose of this work is to investigate the effect of the temperature on hardness, on crack patterns and fracture toughness of both soda-lime-silicate and fused silica glasses, by indentation technique using an indenter Vickers. Indentations tests were performed with loads from 5N to 40N in temperatures varying from room temperature to 400°C. The quimiomechanic effect associated with water on the glass surface was minimized by covering the surface with silicone oil. The crack patterns produced by indentations technique on samples surface were observed with both optical microscope and scanning electron microscope (SEM). The effect of the indentation temperature on the morphology of radial, conical, median, half-penny and lateral cracks was analyzed. The fracture toughness calculated from the length of the radial cracks on the indented surface strongly suggest that the temperature determines their values by changing the stress field around the impression. The tests performed in the fused silica glass with loads lower than 5N at 400°C, showed absence of cone cracks, and raising of the length of the radial cracks. Indentations in soda-limeglass at high temperature showed a suppression of radial cracks at some impression corners, indicating an increase in the threshold load to nucleated the cracks.