The Research Projects

A determinação da tensão residual por indentação foi realizada utilizando o método modificado de Zeng-Rowcliffe (ZENG e ROWCLIFFE, 1995; PEITL, SERBENA, et al., 2010). O método consiste, basicamente, em realizar uma indentação primária com carga

elevada com a finalidade de gerar um campo de tensões na amostra. Em seguida, realizar uma indentação secundária com carga inferior à da indentação primária, porém suficiente para produzir trincas radiais nas direções das diagonais da indentação. A indentação secundária é realizada de maneira que uma das diagonais é orientada na direção radial ao centro da indentação primária, e, no caso do uso de uma ponta do tipo Vickers, a outra diagonal orienta- se tangencialmente à direção radial, como visto na Figura 3.3. As componentes da tensão residual são então obtidas, relacionando os tamanhos das trincas na direção desejada (radial ou tangencial), com trincas obtidas para uma indentação secundária fora do campo de tensão gerado pela indentação primária, conforme descrito nas equações (2.33) e (2.34).

Figura 3.3: Procedimento para obtenção de tensão residual por indentação pelo modelo de Zeng-Rowcliffe

Fonte: O autor

Notas: As cargas aplicadas para a indentação primária e secundária foram de 100 N e 3 N, respectivamente. A indentação primária foi realizada em temperatura de -196 °C

As medidas de tensão residual realizadas pelo método modificado de Zeng-Rowcliffe foram realizadas em amostras de vidro soda-cal livre de tensões residuais oriundas do processo de fabricação. Para a obtenção de amostras nesta condição, as placas de vidro, como recebido, foram cortadas nas dimensões de 2 cm por 1 cm com 0,8 cm de espessura. Em seguida, estas amostras foram tratadas termicamente para alívio de tensões, seguindo o ciclo térmico apresentado em Figura 3.4. Neste ciclo térmico, as amostras passam por uma rampa de aquecimento, com taxa 10 °C/min, até 526 °C, permanecem nesta temperatura por 2 horas, e em seguida são arrefecidas lentamente até a temperatura ambiente, com taxa de 1 °C/min. Tipicamente, a temperatura de alívio de tensões é de 5 a 20 °C abaixo de 𝑇𝑇_𝑔𝑔 (SHELBY,

2005), assim, para o caso do vidro soda-cal, onde 𝑇𝑇_𝑔𝑔 é de 546 °C, usa-se a temperatura 526 °C. Ao fim deste processo, as amostras apresentam um estado praticamente livre de tensões. Tal fato minimiza a possibilidade de uma interpretação incorreta da tensão em regiões distantes das indentações primárias.

Figura 3.4: Ciclo térmico para alívio de tensões.

Fonte: O autor.

Nota: A temperatura de 526 °C foi obtido por 𝑻𝑻_𝑻𝑻 – 20 °C, onde 𝑻𝑻_𝑻𝑻 = 546 °C para o vidro soda-cal.

A escolha da espessura das amostras foi realizada para minimizar possíveis erros na determinação das medidas de tensão residual. A espessura das amostras foi escolhida de tal forma que os campos de tensão gerados pelas indentações primárias não atingissem a superfície inferior das amostras gerando anomalias nos campos de tensão. O campo de tensão gerado por uma indentação na direção perpendicular a aplicação de carga se estende por até 20 vezes o tamanho da diagonal, dependendo do material. Considerando as indentações realizadas com 100 N que apresentaram diagonais de até 250 µm (em 400 °C), tem-se uma distância de 5 mm. Desta forma, acrescentando uma margem de segurança, optou-se pelo uso de amostras com 8 mm de espessura.

Para a determinação da tensão residual pelo método modificado de Zeng-Rowcliffe, foram realizadas indentações primárias utilizando uma ponta piramidal de base quadrada do

1 °C/min 10 °C/min

tipo Vickers, com cargas de 50 e 100 N em amostras de vidro soda-cal. O tempo de carregamento utilizado foi de 15 s e tempo de carga máxima aplicada de 10 s. Indentações secundárias, com carga de 3 N, foram realizadas em linha, iniciando distante da indentação primária, seguindo para perto da indentação primária. As indentações secundárias foram realizadas em linha com uma de suas diagonais formando um ângulo de 45° com as diagonais das indentações primárias, como apresentado na Figura 3.3.

As indentações primárias foram realizadas em uma máquina de ensaio universal da marca Shimadzu, modelo AGS-X 5 kN, lotada no Laboratório de Física dos Materiais do Departamento de Física da UEPG, adaptada para ensaios de indentação. Já as indentações secundárias foram realizadas em um microindentador da marca Shimadzu, modelo HMV-2T, lotado no Laboratório de Microscopia do Departamento de Engenharia de Materiais da UEPG. Em seguida, foram obtidos os valores das distâncias dos centros das indentações secundárias em relação ao centro da indentação primária, bem como o tamanho das trincas das indentações primárias e secundárias.

As indentações primárias foram realizadas em diferentes temperaturas: temperatura ambiente (≈ 22 °C), -196 °C, 200 °C e 400 °C. Para a temperatura de -196 °C foi montado um sistema no qual a amostra foi parcialmente imersa em nitrogênio líquido, de modo que o nitrogênio líquido estivesse no mesmo nível que a superfície da amostra a ser indentada. Já para as temperaturas de 200 °C e 400 °C foi utilizado um forno circular vertical montado em torno da amostra. As temperaturas foram medidas utilizando um termopar tipo K acoplado sob a amostra. Foram realizadas cerca de 20 indentações primárias para cada temperatura. As indentações secundárias foram sempre realizadas uma hora após o término da realização das indentações primárias em temperatura ambiente (entre 21 e 23 °C) e umidade entre 76 e 81 %. Esse foi o tempo necessário para que as amostras tanto em altas temperaturas quanto em baixa temperatura tivessem tempo para entrar em equilíbrio térmico com o ambiente. Para fins de comparação, as medidas realizadas em temperatura ambiente tiveram também intervalos de uma hora entre a realização das indentações primárias e a realização das indentações secundárias. As medidas dos tamanhos das trincas, tanto das indentações primárias, quanto das indentações secundárias, foram tomadas imediatamente após a realização das indentações secundárias.

A realização de indentações primárias em temperaturas diferentes da temperatura ambiente teve por objetivo avaliar o comportamento da tensão residual ao redor destas indentações como função da temperatura de realização da indentação.