CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS – CCT DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA - DEM PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAIS - PGCEM

Livre

0
0
19
1 year ago
Preview
Full text

UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA – UDESC CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS – CCT DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA - DEM PROGRAMA DE PốS-GRADUAđấO EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAIS - PGCEM

  Formação: Mestrado em Ciência e Engenharia de Materiais DISSERTAđấO DE MESTRADO OBTIDA POR

  Maria Elisa Philippsen

DEFINIđấO DA METODOLOGIA DA CARACTERIZAđấO DA TEMPERABILIDADE DE VIDROS PLANOS FINOS

  Apresentada em 30 / 07/ 2007. Perante a Banca Examinadora: Dr. Masahiro Tomiyama (UDESC) Dr. Nelson Heriberto Almeida Camargo (UDESC) Dra. Marilena Valadares Folgueras (UDESC) Dr. Edmilton Gusken (UNICAMP)

UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA – UDESC CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS – CCT DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA - DEM PROGRAMA DE PốS-GRADUAđấO EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAIS – PGCEM

  DISSERTAđấO DE MESTRADO Mestranda: MARIA ELISA PHILIPPSEN – Engenheira Mecânica

  Orientador: Prof. Dr. MASAHIRO TOMIYAMA CCT/UDESC – JOINVILLE

DEFINIđấO DA METODOLOGIA DA CARACTERIZAđấO DA TEMPERABILIDADE DE VIDROS PLANOS FINOS

  Dissertação apresentada para obtenção do título de mestre em Ciência e Engenharia de Materiais da Universidade do Estado de Santa Catarina, Centro de Ciências Tecnológicas – CCT, orientada pelo Prof. Dr. Masahiro Tomiyama.

  Joinville 2007

UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA - UDESC CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS – CCT COORDENAđấO DE PốS-GRADUAđấO - CPG "Definição da Metodologia da Caracterização da Temperabilidade de

  

Vidros Planos Finos"

  por

  

Maria Elisa Philippsen

Esta dissertação foi julgada adequada para a obtenção do título de

MESTRE EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAIS

  na área de concentração "Cerâmica" e aprovada em sua forma final pelo CURSO DE MESTRADO EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAIS

  DO CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS DA UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA

  Dr. Masahiro Tomiyama

  CCT/UDESC

  Dr. Edmilton Gusken

  Banca Examinadora: UNICAMP

  Dr. Nelson Heriberto Almeida Camargo Joinville, 30 de julho de 2007.

  CCT/UDESC

  Dra. Marilena Valadares Folgueras

  CCT/UDESC FICHA CATALOGRÁFICA

  NOME: PHILIPPSEN, MARIA ELISA PHILIPPSEN DATA DEFESA: 30/07/2007 LOCAL: Joinville, CCT/UDESC NÍVEL: Mestrado Número de ordem: 81 – CCT/UDESC FORMAđấO: Ciência e Engenharia de Materiais ÁREA DE CONCENTRAđấO: Cerâmica

TÍTULO: Definição da Metodologia da Caracterização da Temperabilidade de Vidros Planos Finos

PALAVRAS - CHAVE: Vidro. Temperabilidade. Caracterização. Temperatura. Dureza. NÚMERO DE PÁGINAS: xvi, 76 p. CENTRO/UNIVERSIDADE: Centro de Ciências Tecnológicas da UDESC PROGRAMA: Pós-graduação em Ciência e Engenharia de Materiais - PGCEM CADASTRO CAPES: 4100201001P-9 ORIENTADOR: Dr. Masahiro Tomiyama PRESIDENTE DA BANCA: Dr. Masahiro Tomiyama MEMBROS DA BANCA: Dr. Nelson Heriberto Almeida Camargo,

  Dra. Marilena Valadares Folgueras, Dr. Edmilton Gusken.

  A minha mãe Marta.

  A minha irmã Carla. Aos meus amigos.

AGRADECIMENTOS A Deus em primeiro lugar, pois sem o seu auxílio divino nada seria possível

  Ao Prof. Dr. Masahiro Tomiyama, grande amigo e orientador, o qual não mediu esforços para oferecer todas as condições necessárias à realização do presente trabalho.

  À Universidade do Estado de Santa Catarina – UDESC, por oportunizar a realização do presente trabalho.

  Ao Centro de Ciências Tecnológicas e ao Departamento de Engenharia Mecânica pela infra-estrutura oferecida.

  A todos os professores do Curso de Mestrado em Ciência e Engenharia de Materiais, os quais de forma direta ou indireta contribuíram para a realização deste trabalho.

  À empresa WHIRLPOOL Eletrodomésticos, área de fogões, pelas informações concedidas.

  À empresa Schott vidros temperados, pelas amostras fornecidas. Ao meu chefe, Aluisio G. Lopes, pela compreensão e por conceder-me as horas dedicadas ao mestrado.

  A todos os amigos, pelo apoio técnico e moral recebido durante todo o desenvolvimento deste trabalho.

SUMÁRIO

  

LISTA DE FIGURAS ................................................................................................................ ix

LISTA DE TABELAS ............................................................................................................... xiii

LISTA DE SÍMBOLOS ............................................................................................................ xiv

RESUMO .................................................................................................................................... xv

ABSTRACT ............................................................................................................................... xvi

  

INTRODUđấO ......................................................................................................................... 01

CAPÍTULO 1 – ESTUDO BIBLIOGRÁFICO ...................................................................... 03

  1.1 – BREVE HISTÓRIA DO VIDRO ....................................................................................... 03

  1.2 Ố DEFINIđấO DE VIDRO ................................................................................................... 09

  

1.2.1 – Transição vítrea ............................................................................................................. 10

  1.3 – TAXA DE RESFRIAMENTO ........................................................................................... 10

  1.4 Ố VITRIFICAđấO ................................................................................................................ 12

  1.5 Ố CLASSIFICAđấO DOS TIPOS DE VIDRO .................................................................... 13

  

1.5.1 – Sílica vítrea ..................................................................................................................... 14

1.5.2 – Silicatos alcalinos ........................................................................................................... 14

1.5.3 – Vidro soda-cálcicos ........................................................................................................ 15

1.5.4 – Vidros ao chumbo .......................................................................................................... 15

1.5.5 – Vidros borossilicatos ..................................................................................................... 16

1.5.6 – Vidros alumino-borossilicatos ...................................................................................... 16

  1.6 Ố FORMAđấO DE VIDROS ốXIDOS ............................................................................... 17 1.7 – PROPRIEDADES DOS VIDROS ...................................................................................... 18

  

1.7.1 – Viscosidade ..................................................................................................................... 19

1.7.2 – Dilatação térmica ........................................................................................................... 20

1.7.3 – Resistência ao choque térmico ...................................................................................... 21

1.7.4 – Propriedades mecânicas ................................................................................................ 21

1.7.5 – Propriedades ópticas ..................................................................................................... 22

  1.8 Ố OBTENđấO DO VIDRO PLANO .................................................................................... 23

  

1.8.1 – Preparação da composição ........................................................................................... 24

  

1.8.2 – A fusão da matéria-prima ............................................................................................. 26

1.8.3 – Conformação .................................................................................................................. 27

1.8.4 – Vidro plano liso – processo “float”................................................................................ 27

  1.9 – VIDRO TEMPERADO ...................................................................................................... 30 1.10 – PROCESSO DE TÊMPERA QUÍMICA ......................................................................... 31 1.11 – PROCESSO DE TÊMPERA TÉRMICA.......................................................................... 32 1.12 – PARÂMETROS QUE INTERFEREM NA TÊMPERA DE VIDRO ............................. 34

CAPÍTULO 2 – PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL ...................................................... 36

  2.1 – MATERIAIS ...................................................................................................................... 36 2.2 – PROCESSO DE TÊMPERA .............................................................................................. 37 2.3 – RESISTÊNCIA À FLEXÃO .............................................................................................. 37 2.4 – ENSAIO DE MICRODUREZA ......................................................................................... 40 2.5 – FATOR DE TENACIDADE À FRATURA K ................................................................ 41

  IC

  2.6 – ENSAIO DE DUREZA COM PENETRADOR DE ESFERA DE AÇO ......................... 42

  2.7 Ố ENSAIO DE FRAGMENTAđấO ..................................................................................... 45 2.8 – ENSAIO DE RESISTÊNCIA AO CHOQUE MECÂNICO .............................................. 46 2.9 – ESPESSURA DA CAMADA TEMPERADA ................................................................... 46

  

CAPễTULO 3 Ố RESULTADOS E INTERPRETAđỏES .................................................... 47

  3.1 – ENSAIO DE RESISTÊNCIA À FLEXÃO ........................................................................ 47 3.2 – ENSAIO DE MICRODUREZA DE VICKERS ................................................................ 48 3.3 – FATOR DE TENACIDADE À FRATURA K ................................................................ 51

  IC

  3.4 – ENSAIO DE DUREZA COM ESFERA DE AÇO ............................................................ 54

  3.5 Ố ENSAIO DE FRAGMENTAđấO, AMOSTRA TEMPERADA ...................................... 58 3.6 – ENSAIO DE RESISTÊNCIA AO CHOQUE MECÂNICO .............................................. 65 3.7 – ESPESSURA DA CAMADA TEMPERADA ................................................................... 67

  

CAPÍTULO 4 – CONCLUSÃO ............................................................................................... 70

CAPÍTULO 5 – SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS ....................................... 72

REFERÊNCIAS ........................................................................................................................ 73

  LISTA DE FIGURAS

Figura 1.1 - (a) Vaso de vidro encontrado na tumba do Faraó Egípcio Tutmés II (cerca de

  1450 a.C.); (b) Vasilhame de vidro produzido em Colônia Agrippina – Colônia – cerca de 400 d.C. [ARMIM,1998]................................................................................................................ 03

Figura 1.2 - Mercadores fenícios analisando os pedaços de vidro formados junto à fogueira

  acesa na areia da praia [SMITH, 1964] ................................................................................... 05

Figura 1.3 - Vidro líquido sendo enrolado sobre a argila para preparar um frasco

  [SMITH,1964] ......................................................................................................................... 06

Figura 1.4 – Vidro sendo soprado [ENCYCLOPÉDIE,1780) ................................................07Figura 1.5 – Variação do volume e Tg em função da temperatura [Figura modificada de

  PAUL, 1990; HOLLOWAY, 1973] ........................................................................................ 13

Figura 1.6 – Funções relativas dos óxidos nos vidros [NAVARRO, 1991] ..........................14Figura 1.7 – Viscosidade de 8 vidros comerciais. Os números indicam a composição de

  trabalho do vidro: nº 8363, alto chumbo colocado; nº 0010, potássio de soda, nº 7070, baixo boro-silicato; nº 0080, soda-line; nº 7740, baixa expansão boro-silicato; nº 1720, alumínio- silicato; nº 7900, 96% de sílica; nº 7940, sílica fundida [ Figura modificada de MCLELLAN, 1984] ....................................................................................................................................... 17

Figura 1.8 – Composição da amostra estudada [SCHOTT, 2005]..........................................18Figura 1.9 – Vidro soda-cálcico – composição estudada [ Figura modificada de NAVARRO,

  1991] ....................................................................................................................................... 23

Figura 1.10 – Imagens da fabricação do vidro float [ Figura modificada de PILKINGTON,

  1968] ...................................................................................................................................... 24

Figura 1.11 – Ilustra a forma do processo de fabricação do vidro float [Figura modificada da

  BLINDEX, 2007] ................................................................................................................... 25

Figura 1.12 – Vidro temperado quebrado, vários fragmentos................................................ 27Figura 1.13 – Perfil de tensões residuais, aplicadas e resultantes de uma barra de vidro

  temperado sob carregamento transversal [ Figura modificada de NAVARRO, 1991] .......... 29

Figura 2.1 – As dimensões do vidro plano para a têmpera ....................................................36Figura 2.2 – Dimensionamento da amostra para ensaio de flexão do vidro sem têmpera......38Figura 2.3 – Dimensionamento da amostra para ensaio de flexão do vidro temperado .........38Figura 2.4 – Esquema ilustrando a amostra Máquina Universal de Ensaios Mecânicos para a

  realização do ensaio................................................................................................................. 39

Figura 2.5 – Desenho esquemático mostrando o corpo de prova sobre os apoios ................ 40Figura 2.6 – Imagem do vidro depois da identação ...............................................................41Figura 2.7 – Configuração do teste de acordo com Hertzian .................................................42Figura 2.8 – Ensaio de dureza com penetrador de esfera de aço, mostra a superfície quebrada

  “cl” e um cone quebrado “rc”.................................................................................................. 43

Figura 2.9 – Exemplo de fragmentos dentro da área de 5x5 cm2...........................................45Figura 2.10 – Equipamento para ensaio de resistência ao choque mecânico ........................46Figura 3.1 – Gráfico relacionado à tensão de ruptura do vidro temperado com o vidro comum

  ................................................................................................................................................. 48

Figura 3.2 – Média das amostras incolores comparando a dureza do vidro incolor com

  têmpera e sem têmpera ........................................................................................................... 49

Figura 3.4 – Ilustrando a forma de medida das microtrincas nos vértices das impressões ....51Figura 3.5 – Os valores de K para todas as amostras estão muito próximos ....................53

  IC

Figura 3.6 – A variação de rc entre as temperaturas é pequena, sendo superior para amostra

  sem têmpera............................................................................................................................. 55

Figura 3.7 – Gráfico de Pmin(β1) e ( β2) das amostras sem têmpera e das amostras temperadas

  incolores ................................................................................................................................. 57

Figura 3.8 – Gráfico de Pmin(β1) e (β2) das amostras temperadas serigrafadas metade

  incolor e a outra metade preta ................................................................................................. 57

Figura 3.9 – Imagens da amostra com temperatura de têmpera a 620 ºC: (a) apresentam

  fragmentos de tamanhos diferentes, mas dentro da norma, (b) a quantidade total de fragmentos está dentro das normas ......................................................................................... 58

Figura 3.10 – Imagens da amostra com temperatura de têmpera a 640 ºC: (a) apresenta

  homogeneidade em toda a amostra, (b) a quantidade total de fragmentos está dentro da norma ................................................................................................................................................. 59

Figura 3.11 – Imagens da amostra com temperatura de têmpera a 650 ºC: (a) fragmentos de

  tamanhos diferentes, mas dentro da norma, (b), total de fragmentos em média de 48, abaixo da norma ...................................................................................................................................... 59

Figura 3.12 – Imagens da amostra com temperaturas de têmpera a 660 ºC: (a) apresentou

  homogeneidade em toda a amostra, (b) a quantidade de fragmentos está dentro da norma ... 60

Figura 3.13 – Imagens da amostra com temperatura de têmpera a 690 ºC: (a) os fragmentos,

  (b) a quantidade total de fragmentos está dentro da norma .................................................... 60

Figura 3.14 – Média dos fragmentos das amostras incolor (só metade da amostra) e preto.. 62Figura 3.15 – Números de fragmentos das amostras incolores .............................................. 63Figura 3.16 – Número de fragmentos na mesma amostra, sendo um lado incolor e o outro

  preto......................................................................................................................................... 64

Figura 3.17 – Quantidade de amostras de cada temperatura .................................................. 65Figura 3.18 – Resultado do teste de resistência a choques mecânicos para amostras incolores

  ................................................................................................................................................. 66

Figura 3.19 – Espessura da camada temperada: (a) temperatura de têmpera 620 ºC, (b)

  temperatura de têmpera 640 ºC .............................................................................................. 67

Figura 3.20 – Espessura da camada temperada: (a) temperatura de têmpera 650 ºC, (b)

  temperatura de têmpera 660 ºC ............................................................................................... 67

Figura 3.21 – Espessura da camada temperada 690 ºC .......................................................... 68Figura 3.22 – Medidas das camadas temperadas em função da temperatura......................... 69

LISTA DE TABELAS

Tabela 1.1 – Propriedade Mecânica [NAVARRO, 1991 – MCLELLAN, 1984] .................. 22Tabela 2.1 – Potência de aquecimento do forno ....................................................................37Tabela 3.1 – Resultados experimentais do ensaio de resistência à flexão .............................47Tabela 3.2 – Medidas do ensaio de dureza das amostras incolores ........................................49Tabela 3.3 – Medidas do ensaio de dureza das amostras pretas e incolores ...........................50

  dos vidros temperados em diversas temperaturas de têmpera52

Tabela 3.4 – Resultado do K

  IC

Tabela 3.5 – Representação dos valores do raio da impressão da esfera utilizado para ensaio

  com carga de 50 kgf................................................................................................................. 54

Tabela 3.6 – Resultado de Pmin(β1) e Pmin(β2) para amostras incolores ............................56Tabela 3.7 – Resultado de Pmin(β1) e Pmin(β2) p/ amostras serigrafadas (incolor e preto). 56Tabela 3.8 – Número de fragmentos totais das amostras temperadas.....................................61Tabela 3.9 – Quantidade total da forma de fragmentos das amostras incolores .....................62Tabela 3.11 – Quantidade total da forma de fragmentos das amostras incolor e preto ..........64Tabela 3.12 – Resultado do teste de resistência a choques mecânicos ...................................66Tabela 3.13 – Espessura da camada temperada .....................................................................68

  

LISTA DE SÍMBOLOS

  Tg - Temperatura de transição vítrea K - Fator de tenacidade a fratura

  IC

  K - Coeficiente de tenacidade a fratura Tf - Temperatura de fusão

  • Tensão de ruptura σ rup P - Carga de ruptura

  rup

  v Coeficiente de Poisson

  • E - Módulo de elasticidade R – Raio do identador esférico

Novo documento

Tags

Documento similar

UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA – UDESC CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS – CCT DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA – DEM PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAIS - PGCEM
0
0
16
UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA – UDESC CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS – CCT DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA –DEM PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAIS - PGCEM
0
0
99
UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA – UDESC CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS – CCT DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA – DEM PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAIS - PGCEM
0
0
17
UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA – UDESC CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS – CCT DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA – DEM PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAIS - PGCEM ANGELITA DE ARAUJO DEMARCHI
0
0
19
UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA – UDESC CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS – CCT DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA –DEM PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAIS - PGCEM
0
0
111
UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA – UDESC CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS – CCT DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA – DEM PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAIS - PGCEM
0
0
17
UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA – UDESC CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS – CCT DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA – DEM PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAIS – PGCEM
0
0
15
UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA – UDESC CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS – CCT DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA – DEM PROGRAMA DE PÓS – GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAIS – PGCEM
0
0
50
UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA – UDESC CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS – CCT DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA – DEM PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAIS - PGCEM
0
0
20
UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA – UDESC CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS – CCT DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA – DEM PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAIS - PGCEM TIAGO GHIGGI CAETANO DA SILVA
0
0
12
UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA – UDESC CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS – CCT DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA –DEM PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAIS - PGCEM
0
1
111
UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA – UDESC CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS – CCT DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA – DEM PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAIS – PGCEM
0
0
11
UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA – UDESC CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS – CCT DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA – DEM PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAIS – PGCEM
0
0
88
UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA – UDESC CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS – CCT PROGRAMA DE PÓS GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAIS - PGCEM MESTRADO EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAIS
0
0
17
UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA – UDESC CENTRO DE CIÊNCIA E TECNOLOGIA – CCT DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA – DEM PROGRAMA DE PÓS GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAIS - PGCEM
0
0
15
Show more