FLUÊNCIA EM CERÂMICOS

DEFINIÇÃO

• É o fenômeno de deformação lenta, sob ação de uma carga constante aplicada durante longo período de tempo a uma temperatura superior a 0,4 vezes a Temperatura de fusão em Kelvin.0,4 vezes a Temperatura de fusão em Kelvin.

• Desta forma os materiais cerâmicos tendem a Desta forma os materiais cerâmicos tendem a ter maior resistência a fluência que os metálicos ter maior resistência a fluência que os metálicos já que possuem maior temperatura de fusão já que possuem maior temperatura de fusão (iniciam o processo de fluência em temperaturas (iniciam o processo de fluência em temperaturas bem superiores às dos metais)bem superiores às dos metais)

Redução na tensão máxima admissível em projetos pelo efeito da fluência.

Ensaio de fluência

Ensaio de fluência: curva típica

• Deformação instantânea: Efeito do carregamento do corpo de prova, do tipo elástica

• Estágio primário: onde a velocidade de fluência é rápida ocorre nas primeiras horas. Velocidade de def. decrescente -encruamento

• Estágio secundário: A taxa de fluência é constante. Estágio de duração mais longa. Equilíbrio entre os processos de encruamento e recuperação

• Estágio terciário: Aceleração na taxa de fluência, estricção seguido de ruptura.

Medida da velocidade de fluência em estada estacionário

Efeito da tensão e da temperatura no comportamento à fluência

• Quanto maior a temperatura e/ou a tensão maior a deformação final por fluência que ocorre em menos tempo. Menor o tempo de vida do componente.

Gráfico log. tensão x log. tempo até a ruptura

• Como os ensaios de fluência tendem a ser muito longos, a relação da tensão aplicada e o tempo até a ruptura quando plotados em escala logaritmica tendem a ser retas. Realiza-se ensaios em tensões altas cuja duração do ensaio tende a ser pequena e se extrapola as retas para valores de tempo maiores.

Exemplo da importância da fluência em cerâmicos

• Nitretos e carbetos puros em geral tem grande resistência à fluência, devido às suas fortes ligações do tipo covalente.

• NC 132 (Norton Company) Si3N4 prensado a quente com aditivo de MgO (forma fase vítria entre os contornos que reduzindo a porosidade). Essa fase vítria amolece a 1100 C e acelera a fluência por fluxo viscoso.

• NCX-34 Si3N4 prensado a quente com aditivo Y2O3 que forma fase vítria com maior temperatura de amolecimento logo a fluência inicia à temperaturas mais altas.

• NC-350 Si3N4 sinterizado por reação química (o nitrogênio permeia pelo silício à alta temperatura formando o Si3N4, sem fase vítria, com mais porosidade mas com alta resistência à fluência.

Outros efeitos da alta temperatura • Outro efeito degradante que atua sobre os materiais quando

expostos à alta temperatura, além da fluência, é a interação (reação) com o meio.

• De uma maneira geral, essas reações são muito mais lentas nos cerâmicos que nos metais (maior força entre as ligações químicas)

• A reação química do material da superfície com o meio podem formar outros compostos cerâmicos na superfície modificando o material cerâmico original.

• Óxidos e silicatos resistem bem a alta temperatura em atmosferas de O2 e O2 + N2 (já estão na forma de óxidos)

• SiC e Si3N4 formam camada passiva de SiO2 protetora para pressão parcial maior que 1mm de Hg (a pressão atmosférica ao nível do mar é de 760 mm de Hg) logo teríamos que ter um forte vácuo para não haver passivação.

• Em atmosferas redutoras (H2; NH3 ; CO ) os óxidos podem ser reduzidos ocorrendo degradação do cerâmico.

Efeitos químicos

• Cerâmicos possuem grande resistência ao ataque químico pois apresenta maior força entre as ligações químicas.

• NaCl ligação fraca – é muito reativo para um cerâmico

• Al2O3 ; Si3N4 ; SiC ligações fortes - alta resistência ao ataque químico

• São usados no lugar de metais pela alta estabilidade química em larga faixa de temperatura.

• Hidrólise do Si3N4 :

• Si3N4 + 6H2O = 3 SiO2 + NH3 (quando esse processo ocorre sente-se cheiro de amônia no ambiente)