Avaliação por ensaios mecânicos do efeito do teor de ZrO2 sobre Al2O3

Avaliação por ensaios mecânicos do efeito do teor de ZrO2 sobre Al2O3

Araujo, A. C. A.; Simões, T. V. M.; Castilho, F. G. B.; Machado, I. F.; Carneiro, M. B.

Artigo completo:

As cerâmicas são aplicadas no processo de fabricação de usinagem como ferramentas de corte, principalmente, no corte de materiais endurecidos e superligas. A justificativa se baseia por apresentarem alta resistência ao desgaste e elevadas temperaturas, além da estabilidade química em contato com materiais ferrosos. Todavia, apresentam baixa tenacidade à fratura. A adição de ZrO2 estabilizada à matriz de Al2O3, forma um compósito conhecido como alumina tenacificada por zircônia (Zirconia-Toughned Alumina – ZTA), que melhora muito essa propriedade. Portanto, o objetivo do trabalho é avaliar o efeito do teor de ZrO2 estabilizada com ítria em matriz de Al2O3, a partir de microscopia, análise de densidade relativa e ensaios mecânicos. Amostras de Al2O3 variando o teor de ZrO2 de 5 a 35% foram sinterizadas pela moderna técnica de sinterização por corrente elétrica pulsada (PECS). As mesmas foram preparadas metalograficamente. A microestrutura foi observada por microscopia óptica. A densidade relativa foi determinada com base no Princípio de Arquimedes. Finalmente, as propriedades mecânicas foram avaliadas por dureza Vickers e tenacidade à fratura (KIC). Os resultados mostram que as amostras alcançaram completa densificação e, como esperado, houve diminuição no valor de dureza com o aumento do teor de ZrO2, enquanto que o valor de tenacidade à fratura apresentou um comportamento parabólico, com elevação e depois diminuição. A partir do estudo consegue-se estimar teores de ZrO2, de modo a melhorar as propriedades mecânicas de Al2O3, e assim aplicar no desenvolvimento de um material cerâmico com gradiente funcional.

Ceramics are used in machining process as cutting tools, mainly when cutting hardened materials and super alloys. Ceramics have high hardness and wear resistance at high temperatures, in addition to chemical stability in contact with ferrous materials. However, they have low fracture toughness. The addition of ZrO2-stabilized to the Al2O3 matrix form a ceramic composite known as Zirconia-Alumina Toughened, ZTA, which improves this property. Therefore, the objective of the work is to evaluate the effect of ZrO2 content stabilized with yttria in an Al2O3 matrix, from microscopy, relative density and mechanical tests analyses. Al2O3 samples varying the ZrO2 content from 5 to 35% were sintered using the pulsed electric current sintering technique (PECS). They were prepared metallographically. The microstructure was observed by optical microscopy. The relative density was determined based on the Archimedes Principle. Finally, the mechanical properties were evaluated for Vickers hardness and fracture toughness (KIC). The results show that the samples reached complete densification and, as expected, there was a decrease in the hardness value with an increase in the ZrO2 content, while the fracture toughness value showed a parabolic behaviour, with an increase and then a decrease. From the study, the ZrO2 content can be estimated to improve Al2O3 mechanical properties, and the apply it to develop a ceramic functionally graded material.

Palavras-chave:

DOI: 10.5151/xiecfa-Araujo

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Como citar:

Araujo, A. C. A.; Simões, T. V. M.; Castilho, F. G. B.; Machado, I. F.; Carneiro, M. B.; "Avaliação por ensaios mecânicos do efeito do teor de ZrO2 sobre Al2O3", p-52-57. In: Anais do XI Encontro Científico de Física Aplicada. São Paulo: Blucher, 2021.
ISSN 23582359, DOI 10.5151/xiecfa-Araujo