Caracterizaçao de Materiais Ceramicos

Universidade Federal de São CarlosDepartamento de Engenharia de Produção

RELATÓRIODE ENSAIO E CARACTERIZAÇÃO DE

MATERIAIS

ENSAIOS DE COMPRESSÃO E FLEXÃO PARA MATERIAIS CERÂMICOS

Prof. Celso Aparecido Martins

Alunos:

Fábio Fanti 352748Kathia Saavedra Cronenbold 366293

Marcelo Mitre Filho 387959Pedro Cesar Lopes Gerum 322750

Tatiana Callado 352608

São Carlos, 17 de Setembro de 2013 Página 1


Sumário

1. Objetivo..........................................................................................................................3

2. Ensaio de Flexão.............................................................................................................3

2.1. Definição.....................................................................................................................3

2.2. Equipamentos..............................................................................................................4

2.3. Procedimento...............................................................................................................5

2.4. Análise qualitativa dos dados......................................................................................5

2.5. Análise quantitativa dos dados....................................................................................6

3. Ensaio de Compressão....................................................................................................8

3.1. Definição.....................................................................................................................8

3.2. Equipamentos..............................................................................................................8

3.3. Procedimento...............................................................................................................8

3.4. Cuidados Especiais......................................................................................................9

3.5. Análise qualitativa dos dados......................................................................................9

3.6. Análise quantitativa dos dados..................................................................................10

4. Conclusão......................................................................................................................13



1. Objetivo

Este documento visa analisar estatisticamente os resultados obtidos nos ensaios de

compressão e flexão em materiais cerâmicos. Em ambos ensaios foram utilizados materiais

refratários e isolantes, a modo de poder visualizar a diferença nas propriedades mecânicas

das amostras.

Para isto, serão utilizados os documentos gerados pelas técnicas DTA (Análise

Térmica Diferencial) e DSC (Calorimetria Diferencial Exploratória). Optou-se a utilização

de gráficos de controle para verificar o valor da média estatística com um intervalo de

confiança de 95%.

2. Ensaio de Flexão

2.1. Definição

O ensaio de flexão é realizado em materiais frágeis e em materiais resistentes, como

o ferro fundido, alguns aços, estruturas de concreto e outros materiais que em seu uso são

submetidos a situações onde o principal esforço é o de flexão. A montagem do corpo de

prova para o ensaio de flexão é semelhante à do ensaio de dobramento. O ensaio de flexão

fornece dados que permitem avaliar diversas propriedades mecânicas dos materiais, uma

dessas propriedades é a tensão máxima de ruptura, dada pela fórmula a seguir:

θmr=3 F f L2bd 2

onde ,

Ff = Carga de fratura

L= distância entres os pontos de apoio



Figura 1 - Representação do ensaio de flexão

2.2. Equipamentos

Para o desenvolvimento do ensaio foi utilizada uma máquina INSTRON 500CR. O

equipamento consta com dois pontos de apoio separados por 55mm e um cutelo que desce,

pressionando a amostra com uma carga máxima de 200kg. Também foi utilizado o

software Blue Hill para a coleta dos dados. A seguir apresentamos uma imagem do

equipamento utilizado:

Figura 2 - Equipamento INSTRON 500CR



2.3. Procedimento

Foram realizados em laboratório ensaios de flexão 3 pontos com dois tipos de

materiais diferentes e em diferentes temperaturas. Os materiais foram designados Material

1 e Material 2, os quais foram ensaiados a 900ºC e 1100ºC.

O corpo de prova a ser ensaiado é colocado entre no aparelho na posição adequada e o

cutelo rá aplicar a força na posição central do corpo de prova. Com a utilização do

software poderemos computar todos os dados de tensão de ruptura. O ensaio finaliza ao

atingir a tensão de ruptura das amostras.

2.4. Análise qualitativa dos dados

Espera-se que no final do ensaio todas as amostras apresentem uma fratura no

centro da mesma, que tenha começado na parte superior e propagando-se até a inferior e de

forma retilínea. Na prática, aconteceram algumas variações, que podem ter sido

ocasionadas pelo tipo de tratamento da amostra, o processo de fabricação desta e a

homogeneidade dos materiais utilizados.

Figura 3 - Amostras utilizadas para o ensaio de flexão



2.5. Análise quantitativa dos dados

Após a análise quantitativa, foi feita uma análise estatística com os dados

numéricos obtidos. A análise está representada a seguir.

Figura 4 - Resultado do teste de flexão

02.5

57.510

Ensaio de Tração para Material 1

900°CMédiaLSCLIC

Amostras

Tens

ão (M

pa)

Figura 5 - Gráfico do controle estatístico para Material 1 no teste de Flexão



1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 1810111213141516171819202122

Ensaio de Tração para Material 2

1100°CMédiaLSCLIC

Amostras

Tens

ão (M

pa)

Figura 6 - Gráfico de controle estatístico para Material 2 no teste de flexão

Média Desvio Padão Mínimo Máximo LSC LIC

Material 117.15111111 2.000890651 14.45 21.13 19.15200176 15.15022046

Material 24.479444444 2.136909457 2.01 7.96 6.616353901 2.342534988

Dos gráficos anteriores, concluímos que a amostra que foi sinterizada à uma

temperatura maior, de 1100°C possui uma resistência à tração maior que a amostra

sinterizada à uma temperatura menor, de 900°C. Isso se deve a amostra sinterizada a uma

temperatura maior possui menos poros, que são concentradores de tensão,

consequentemente aumentando a resistência do material.

Pode-se concluir, com a realização dos testes, que as amostras que foram

sinterizadas em uma temperatura mais elevada possuem maior resistência a flexão. Logo, a

temperatura de cozimento da amostra influencia diretamente na quantidade de poros

(concentradores de tensão), impactando na resistência mecânica do material sinterizado.



3. Ensaio de Compressão

3.1. Definição

O ensaio de compressão é mais utilizado para materiais frágeis, uma vez que nesses

materiais a fase elástica é muito pequena e não é possível determinar com precisão as

propriedades relativas a esta fase. A única propriedade mecânica que é avaliada nos

ensaios de compressão de materiais frágeis é o seu limite de resistência à compressão.

3.2. Equipamentos

O equipamento utilizado para o ensaio foi a máquina universal de ensaios

INSTRON 8802. Trata-se de um equipamento hidráulico utilizado tanto para ensaios

estáticos quanto para ensaios dinâmicos. Sua célula de carga tem capacidade de 25.000 kg

e chega às frequências próximas de 100Hz, mas com amplitudes muito baixas.

3.3. Procedimento

O ensaio de compressão consistiu em blocos cerâmicos, sendo oito de um material

isolante e oito de um material refratário, em formato de cubo submetido a uma força de

compressão de 25 toneladas que vai aumentando ao longo do tempo pela máquina

INSTRON 5500R. O material é então comprimido a uma velocidade de 1,3 mm/minuto até

que este apresente fraturas e redução na tensão de compressão. Os dados de força a cada

segundo são registrados pelo software Blue Hill.

Figura 7 - Esquema representativo do ensaio de compressão



3.4. Cuidados Especiais

Para evitar danos na superfície das placas da máquina e para o melhor

desenvolvimento do ensaio, é indicada a colocação de algum material que permita a

distribuição uniforme da carga sobre as faces material de prova. Neste caso, foram

utilizadas duas interfaces celulósicas. Na figura a seguir pode-se observar o material

utilizado para a melhor distribuição da carga.

Figura 8 - interfaces celulósicas utilizadas no ensaio

3.5. Análise qualitativa dos dados

A primeira conclusão é de que as fraturas ocorrem a aproximadamente a 45°.

Notamos também uma grande diferença entre os tipos de materiais: o material refratário

possuiu um plano de fratura mais bem definido e tensões mais altas de ruptura. Isto ocorre

devido ao fato deste material ser muito mais pesado e denso que o isolante, fazendo com

que sua resistência mecânica seja maior. De fato isto é percebido com a realização do teste.

Podemos ressaltar que quando uma trinca não sai da maneira esperada (trinca a 45

graus) , as causas podem ser corpo de prova mal feito, superfícies da amostra que não são



paralelas e/ou a muitos defeitos que representam porosidade alta. A seguir apresentamos

alguma imagens das amostras depois do ensaio.

Figura 9 - Amostras de material refratário

Figura 10 - Amostras de material isolante

3.6. Análise quantitativa dos dados

Para análise quantitativa realizamos o tratamento dos dados que descrevem o

comportamento das amostras durante os testes realizados em laboratório.



Figura 11 - Resultado do teste de compressão

A partir do anterior, pode –se concluir que as amostras de material refratário

obtiveram maiores valores de resistência mecânicas que as amostras com composição de

isolante.

Este fato está relacionado com a quantidade de poros que estes materiais

apresentam. Observando o gráfico, pode-se inferir que o material refratário possui menor

quantidade de poros que o isolante, ou seja, o isolante possui maior quantidade de

concentradores de tensão reduzindo sua resistência a compressão. O resultado obtido foi o

esperado, pois no início do teste observamos que a alumina possuía maior densidade que o

isolante, o que sugeriu que a alumina possuía menor quantidade de poros que o isolante.

A partir dados obtidos com o teste, realizamos uma análise estatística. Os gráficos a

seguir indicam os valores de, tensão máxima , a média, o desvio padrão e os limites

superiores e inferiores de controle para amostras que foram testadas.



1 2 3 7 8 9 13 14 1515

19

23

27

31

35

39

43

Ensaio de Compressão - Refratário

RefratárioMédiaLSCLIC

Amostras

Tens

ão (M

pa)

Figura 12 - Gráfico de controle estatístico para material refratário no teste de compressão

4 5 6 10 11 12 16 17 181

1.1

1.2

1.3

1.4

1.5

1.6

1.7

1.8

1.9

Ensaio de Compressão - Isolante

IsolanteMédiaLSCLIC

Amostras

Tens

ão (M

pa)

Figura 13 - Gráfico de controle estatístico para material isolante no teste de compressão

MédiaDesvio Padão Mínimo Máximo LSC LIC

Refratário 32.67 5.698355026 19.52 40.24 38.36835503 26.97164497Isolante 1.575555556 0.161486154 1.23 1.82 1.737041709 1.414069402



Através dos resultados, pode-se observar que a dispersão dos valores obtidos para

amostras sugere que pode haver amostras provenientes de diferentes fornecedores, pois os

valores obtidos para carga máxima e tensão máxima possuem certa variabilidade em

relação à média.

Outra razão que justifica a variabilidade dos valores obtidos é a obtenção de

amostras de fornecedores com processos de produção com variabilidade elevada, ou seja,

baixo controle no processamento das amostras. Logo, a previsibilidade do comportamento

dos materiais é prejudicada quando se obtém valores muito dispersos da média.

4. Conclusão

xxx


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