Estudo da Influência do Teor de ZrO2-3Y2O3 em Matriz de alfa-Al2O3

dc.contributor.advisor1Carneiro, Marcelo Bertolete
dc.contributor.advisor1IDhttps://orcid.org/0000-0001-5817-8475
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/5985238373861974
dc.contributor.authorAraujo, Ana Carolina Agrizzi
dc.contributor.authorIDhttps://orcid.org/
dc.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/
dc.contributor.referee1Machado, Izabel Fernanda
dc.contributor.referee1IDhttps://orcid.org/0000-0002-1079-0777
dc.contributor.referee1Latteshttp://lattes.cnpq.br/6705415923436933
dc.contributor.referee2Orlando, Marcos Tadeu D Azeredo
dc.contributor.referee2IDhttps://orcid.org/0000000283876504
dc.contributor.referee2Latteshttp://lattes.cnpq.br/3562894103432242
dc.date.accessioned2024-05-30T00:53:21Z
dc.date.available2024-05-30T00:53:21Z
dc.date.issued2022-02-18
dc.description.abstractAlumina-based ceramics have great relevance as cutting tools materials in the machining process of mainly ferrous materials, due to their wide availability in nature, high hardness and chemical stability at high temperatures, but they have low fracture toughness. One method to increase this property in alumina is the addition of ZrO2 stabilized with Y2O3 (3Y-ZrO2) in the Al2O3 matrix, promoting the toughening effect due to the phase transformation of zirconia, a composite known as zirconia toughened alumina, ZTA. The objective of this work is to study the influence of the 3Y-ZrO2 (nanopowder) content on the Al2O3 matrix (ultrafine powder) using the modern technique of pulsed electric current sintering (PECS) for sample processing. The 3Y-ZrO2 content was changed from 5 to 35% by volume. The powders were sintered at uniaxial pressure of 50 MPa and temperature of 1400ºC. Relative density, Vickers hardness and fracture toughness (KIC) tests were performed and compared with the commercial ceramic used as a reference. A functionally graded material design (Functionally Graded Material, FGM) was made and the residual stress in this was calculated. The results showed, for commercial ceramics, relative density of 98,2 ± 0,3%, Vickers hardness of 1712 ± 306 HV and KIC equal to 4,22 ± 0,67 MPa.m1/2. For the PECS sintered samples, the 3Y-ZrO2 content helped to achieve a total densification starting at 15%ZrO2 content. All samples had a Vickers hardness number greater than the reference. Although the 5%ZrO2 sample had about 8% in porosity, it had the highest hardness number Vickers 2007 ± 35 HV and KIC 5,54 ± 0,42 MPa.m1/2. From regression curves and with the aim of obtaining greater fracture toughness, the content of 9,08%ZrO2 was chosen. Using the Ravichandran residual stress model, a tensile residual stress was observed in the first layer of the designed FGM, but this is below the rupture stresses reported for the same material in the literature. This analysis was important to highlight the adaptation properties of a functionally graded ceramic to be applied as a cutting tool.
dc.description.resumoAs cerâmicas à base de alumina apresentam grande relevância como materiais para ferramentas de corte no processo de usinagem de materiais principalmente ferrosos, devido a sua grande disponibilidade na natureza, alta dureza e estabilidade química em elevadas temperaturas, porém possuem baixa tenacidade à fratura. Um método para aumentar essa propriedade na alumina consiste na adição de ZrO2 estabilizada com Y2O3 na matriz Al2O3, promovendo o efeito de tenacificação devido a transformação de fase da zircônia, compósito conhecido como alumina tenacificada por zircônia (ZTA). O objetivo do trabalho é estudar a influência do teor de ZrO2-3Y2O3 (nanopó) em matriz de Al2O3 (pó ultrafino) utilizando a moderna técnica de sinterização por corrente elétrica pulsada (PECS) para o processamento de amostras. O teor de ZrO2-3Y2O3 foi alterado de 5 para 35% em volume. Os pós foram sinterizados à pressão uniaxial de 50 MPa e temperatura de 1400ºC. Os testes de densidade relativa, dureza Vickers e tenacidade à fratura (KIC) foram realizados e comparados com a cerâmica comercial usada como referência. Um projeto de material em gradação funcional (Functionally Graded Material, FGM) foi feito e a tensão residual nesse foi calculada. Os resultados mostraram, para a cerâmica comercial, densidade relativa de 98,2 ± 0,3%, dureza Vickers de 1712 ± 306 HV e KIC igual a 4,22 ± 0,67 MPa.m1/2. Para as amostras sinterizadas por PECS, o teor de ZrO2-3Y2O3 ajudou a atingir uma densificação total a partir do teor de 15%ZrO2. Todas as amostras tiveram um número de dureza Vickers maior que o de referência. Embora a amostra de 5% ZrO2-3Y2O3 tenha cerca de 8% em porosidade, ela teve o maior número de dureza Vickers 2007 ± 35 HV e KIC 5,54 ± 0,42 MPa.m1/2. A partir de curvas de regressão e com o foco de obter uma maior tenacidade à fratura, o teor de 9,08%ZrO2 foi escolhido. Utilizando o modelo de tensão residual de Ravichandran, observou-se uma tensão residual trativa na primeira camada do FGM projetado, porém essa está abaixo das tensões de rupturas reportadas para o mesmo material na literatura. Esta análise foi importante para destacar as propriedades de adaptação de uma cerâmica graduada funcionalmente para ser aplicada como ferramenta de corte.
dc.description.sponsorshipFundação Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
dc.formatText
dc.identifier.urihttps://dspace5.ufes.br/handle/10/15954
dc.languagepor
dc.publisherUniversidade Federal do Espírito Santo
dc.publisher.countryBR
dc.publisher.courseMestrado em Engenharia Mecânica
dc.publisher.departmentCentro Tecnológico
dc.publisher.initialsUFES
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica
dc.rightsopen access
dc.subjectAlumina
dc.subjectZircônia
dc.subjectDensidade
dc.subjectDureza Vickers
dc.subjectTenacidade à Fratura
dc.subjectPECS
dc.subjectTensão Residual
dc.subject.br-rjbnsubject.br-rjbn
dc.subject.cnpqEngenharia Mecânica
dc.titleEstudo da Influência do Teor de ZrO2-3Y2O3 em Matriz de alfa-Al2O3
dc.title.alternativetitle.alternative
dc.typemasterThesis

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