A5 Estresse Residual e Fratura Espontânea (Inclusões NiS)

Tópico

Uma inclusão de sulfeto de níquel, aprisionada dentro deste vidro temperado desde sua fabricação, sofre uma transformação de fase ao longo do tempo, de sua forma alfa para sua forma beta. Esta forma alfa, na qual a inclusão fica aprisionada durante a fabricação do vidro, é metaestável à temperatura ambiente. Portanto, com o tempo — meses ou até anos — ela eventualmente se transforma na forma beta, que é estável nessa mesma temperatura. O fato de essa inclusão levar tanto tempo para se transformar é o que permite que a fratura descrita neste modelo ocorra de forma retardada, muito tempo depois que o vidro temperado já foi instalado e colocado em serviço.

A transformação da inclusão de sulfeto de níquel de sua forma alfa para sua forma beta faz com que a inclusão se expanda. A forma beta ocupa um volume específico maior do que a forma alfa e, como a inclusão está rigidamente cercada pelo vidro, essa expansão não pode ocorrer livremente. A expansão de uma inclusão dentro do vidro rígido circundante gera um campo de tensão localizado ao seu redor, conforme descrito pela teoria de Eshelby para uma inclusão que sofre uma mudança de volume dentro de uma matriz elástica.

O fato de essa expansão ocorrer dentro da zona de tensão central do vidro temperado — já estabelecida em outro modelo deste conjunto, o que descreve o processo de têmpera — é o que pode desencadear o critério de fratura espontânea: a tensão adicional gerada pela inclusão em expansão soma-se à tensão de tração já presente nessa zona central devido ao próprio processo de têmpera. Se a soma dessas duas tensões exceder a tolerância à tensão do vidro, este fratura espontaneamente, sem qualquer carga externa que o provoque. Portanto, este modelo, com a inclusão de sulfeto de níquel com a qual foi aberto, depende diretamente de outro modelo dentro deste conjunto, o que estabelece a zona de tensão central do vidro temperado: a existência dessa zona de tensão central é a condição necessária para que a expansão de uma inclusão, no ponto exato onde ela está aprisionada, atenda ao critério de fratura espontânea descrito por este modelo. O fato de a localização da inclusão dentro do vidro ser, na prática, imprevisível a priori significa que o momento e o local em que essa fratura espontânea, caso ocorra, acontecerá também são imprevisíveis.

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