Os ensaios tradicionais de fadiga realizados à temperatura constante nem sempre são capazes de reproduzir os mecanismos atuantes na solicitação anisotérmica. Por isto, novas técnicas mais avançadas de ensaios à temperatura variável foram desenvolvidas recentemente como a Fadiga Térmica (FT) e a Fadiga Termomecânica (FTM). A parte experimental deste trabalho incluiu a implementação e a descrição da metodologia de um sistema de ensaio para a FTM. Além disto, também foi determinada a propriedade mecânica de fadiga de baixo ciclo para o aço inoxidável AISI 420, utilizado na fabricação de palhetas de turbinas a gás para a geração de energia em usinas de açúcar e álcool. Os ensaios de fadiga isotérmica foram realizados a 490&#176C, ou seja, na máxima temperatura do ciclo anisotérmico. Já os ensaios anisotérmicos foram realizados na faixa de temperatura entre 260-490&#176C e nas condições em fase e fora de fase. A curva tensão deformação cíclica foi obtida pelo método convencional para os ensaios isotérmicos, sendo que o material sofreu endurecimento cíclico. Os ensaios em fase apresentaram vida ligeiramente menor do que os ensaios fora de fase. Não foram observados mecanismos ativados pela temperatura como fluência e oxidação, na faixa de temperatura dos ensaios anisotérmicos, assim, o mecanismo determinante para o processo de falha dos corpos de prova foi a fadiga pura. O comportamento dos resultados de FTM fora de fase foi melhor estimado pelo modelo de acúmulo de dano do que os resultados para a condição em fase. A análise microestrutural e fratográfica após os ensaios de fadiga revelou que os carbonetos de cromo continuaram dispersos na matriz. As trincas nuc1earama partir da superfície externa dos corpos de prova tubulares e se propagaram transgranularmente para o interior do metal. / The traditional fatigue test performed at elevated and constant temperature not always is able to reproduce the mechanisms acting during thermal loading. Therefore, new advanced testing techniques at variable temperatures were recently developed, and they are called Thermal Fatigue (TF) and Thermomechanical Fatigue (TMF). The experimental part of this work includes the TMF methodology implementation and description, as well as the Isothermal Fatigue (IF) and TMF results from an AISI 420 stainless steel, regularly used to produce gas turbine blades for power generation in sugar and alcohol industry. The isothermal fatigue tests were carried out at 490&#176C, the maximum temperature reached during the thermal cycle, and the TMF tests were performed in the temperature range of 260-490&#176C, in the inphase and out-of-phase loading conditions. The cyclic stress-strain curve was obtained by the conventional method, and the results showed that this material strain hardens. The TMF in phase tests exhibited a fatigue life shorter than the out-of-phase tests. It was not observed, in this range of temperature, any temperature activated micromechanism of failure, such as creep or oxidation mechanisms. Therefore, it was concluded that the only mechanisms acting during the TMF tests was fatigue. The damage accumulation model better fit the TMF results behavior, for the out-ofphase loading condition than the in-phase results. The microstructural and fractographic analyses showed that the chromium carbides continued generally distributed on the matrix after both types of fatigue testing. It was also noted that the fatigue cracks always were nucleated at the specimen external surface, and propagated transgranularly into the materials substrate.

Os ensaios tradicionais de fadiga realizados à temperatura constante nem sempre são capazes de reproduzir os mecanismos atuantes na solicitação anisotérmica. Por isto, novas técnicas mais avançadas de ensaios à temperatura variável foram desenvolvidas recentemente como a Fadiga Térmica (FT) e a Fadiga Termomecânica (FTM). A parte experimental deste trabalho incluiu a implementação e a descrição da metodologia de um sistema de ensaio para a FTM. Além disto, também foi determinada a propriedade mecânica de fadiga de baixo ciclo para o aço inoxidável AISI 420, utilizado na fabricação de palhetas de turbinas a gás para a geração de energia em usinas de açúcar e álcool. Os ensaios de fadiga isotérmica foram realizados a 490&#176C, ou seja, na máxima temperatura do ciclo anisotérmico. Já os ensaios anisotérmicos foram realizados na faixa de temperatura entre 260-490&#176C e nas condições em fase e fora de fase. A curva tensão deformação cíclica foi obtida pelo método convencional para os ensaios isotérmicos, sendo que o material sofreu endurecimento cíclico. Os ensaios em fase apresentaram vida ligeiramente menor do que os ensaios fora de fase. Não foram observados mecanismos ativados pela temperatura como fluência e oxidação, na faixa de temperatura dos ensaios anisotérmicos, assim, o mecanismo determinante para o processo de falha dos corpos de prova foi a fadiga pura. O comportamento dos resultados de FTM fora de fase foi melhor estimado pelo modelo de acúmulo de dano do que os resultados para a condição em fase. A análise microestrutural e fratográfica após os ensaios de fadiga revelou que os carbonetos de cromo continuaram dispersos na matriz. As trincas nuc1earama partir da superfície externa dos corpos de prova tubulares e se propagaram transgranularmente para o interior do metal. / The traditional fatigue test performed at elevated and constant temperature not always is able to reproduce the mechanisms acting during thermal loading. Therefore, new advanced testing techniques at variable temperatures were recently developed, and they are called Thermal Fatigue (TF) and Thermomechanical Fatigue (TMF). The experimental part of this work includes the TMF methodology implementation and description, as well as the Isothermal Fatigue (IF) and TMF results from an AISI 420 stainless steel, regularly used to produce gas turbine blades for power generation in sugar and alcohol industry. The isothermal fatigue tests were carried out at 490&#176C, the maximum temperature reached during the thermal cycle, and the TMF tests were performed in the temperature range of 260-490&#176C, in the inphase and out-of-phase loading conditions. The cyclic stress-strain curve was obtained by the conventional method, and the results showed that this material strain hardens. The TMF in phase tests exhibited a fatigue life shorter than the out-of-phase tests. It was not observed, in this range of temperature, any temperature activated micromechanism of failure, such as creep or oxidation mechanisms. Therefore, it was concluded that the only mechanisms acting during the TMF tests was fatigue. The damage accumulation model better fit the TMF results behavior, for the out-ofphase loading condition than the in-phase results. The microstructural and fractographic analyses showed that the chromium carbides continued generally distributed on the matrix after both types of fatigue testing. It was also noted that the fatigue cracks always were nucleated at the specimen external surface, and propagated transgranularly into the materials substrate.

O objetivo deste estudo foi confeccionar uma nova macroestrutura de implantes de Zircônia (Y- TZP) e Titânio (Grau 4) e posteriormente avaliar comparativamente a transmissão de força e a resistência flexural, submetidos à fadiga mecânica e termomecânica. Foram obtidos 33 implantes de Zircônia e de titânio Grau 4. As tensões geradas em torno dos implantes foram observadas em 3 espécimes inicialmente por meio de análise fotoelástica, com forca de 200N aplicada no longo eixo dos implantes. Em seguida, os implantes foram incluídos em resina de poliuretano (F-16, AXSON Technologies) com inclinação de 30° e aleatoriamente separados em grupos (n=10),, segundo o tipo de tratamento a que foram submetidos: Controle (sem tratamento) (Zr e Ti), fadiga mecânica (ZrM e TiM) e fadiga termomecânica (ZrTM e TiTM). A máquina de fadiga mecânica foi programada para aplicar carga de 133 N, com frequência de120 ciclos por minuto (2 Hz), totalizando 2.000.000 ciclos em cada espécime. A ciclagem térmica foi configurada com a temperatura mínima entre 2o a 5oC e temperatura máxima entre 50° a 55° C com exposição de 30 segundos para cada faixa e 5 segundos para troca dos líquidos. Após o ensaio de fadiga mastigatória, todos os grupos foram submetidos ao ensaio de tensão flexural. Os resultados foram submetidos à análise estatística (2-way ANOVA, teste de Bonferroni, p<0,05) e verificou-se que nao houve diferença estatisticamente significante na quantificação da transmissão de força entre os implantes de Zircônia e Titânio. Os implantes de Titânio apresentaram maior resistência flexural, com diferença estatisticamente significante (p<0.05) em relação aos implantes de Zircônia. Concluiu-se que foi possível obter um design de implante de zircônia compatível com as condições de forças aplicadas em ambiente bucal. A fadiga mecânica e termomecânica não influenciaram a resistência flexural dos implantes de Titânio nem dos implantes de Zircônia. / The aim of this study was to develop a new Zirconia (Y-TZP) and Titanium (Grade 4) implant macrostructure to make an accurate comparative evaluation of the stress transmission and flexural strength after both materials were subjected to mechanical and thermomechanical fatigue. Thirty three Zirconia and Titanium Grade 4 implants were obtained. A force of 200N was applied to the long axis of the implants and the distribution of the generated stress around implants was initially observed in three specimens by photoelastic analysis. Then, the implants were embedded in polyurethane resin (F-16, AXSON Technologies) with an inclination of 30°and randomly divided into groups (n = 10), according to the type of treatment they were subjected to: Control (no treatment ) (Zr and Ti), mechanical fatigue (ZRM and TiM) and thermomechanical fatigue (ZrTM and TiTM). The mechanical fatigue testing machine was programmed to apply a load of 133 N, with a frequency of 120 cycles per minute (2 Hz) and a total of 2,000,000 cycles in each specimen. The thermocycling was set with the minimum temperature between 2°-5°C and maximum temperature between 50°-55°C with 30 seconds exposure for each track and 5 seconds for the exchange of fluids. Following the fatigue test (chewing simulation), all groups were subjected to flexural strength test. The data were subjected to statistical analysis (2-way ANOVA, Bonferroni test, p <0.05) and the results showed no statistically significant difference between Zirconia and Titanium implants\'s stress transmission values. Titanium implants showed higher flexural strength, which was statistically significant (p <0.05) compared with Zirconia implants. It was concluded that it was possible to obtain a Zirconia implant design compatible with the forces applied in the oral environment. Moreover, the mechanical and thermomechanical fatigue had no influence on the flexural strength of both Titanium and Zirconia implants.

O objetivo do estudo foi avaliar a resistência de união à zircônia após diferentes tratamentos de superfície e o comportamento mecânico de pilares e coroas de zircônia associados aos mesmos tratamentos. Na primeira fase, 95 discos em zircônia foram obtidos e divididos em cinco grupos (n = 19): GC (grupo controle, sem nenhum tipo de tratamento); GAL (jateamento com partículas de Al2O3 antes da sinterização); GALS (jateamento com partículas de Al2O3 após sinterização); GRO (silanização com sistema Rocatec antes da sinterização) e GROS (silanização com sistema Rocatec após sinterização). Três amostras de cada grupo tiveram a superfície analisada em MEV e MCVL. Dez amostras de cada grupo foram submetidas a ensaio de microcisalhamento e as seis restantes foram submetidas à análise de interface por meio de MEV. A análise estatística utilizou modelo de regressão linear com efeitos mistos e teste de Tukey (p < 0,01). Na segunda fase, 70 pilares do tipo hexágono externo foram obtidos em zircônia e associados a coroas totais com copings de zircônia. Os conjuntos análogo-pilar-coroa também foram divididos em cinco grupos (n=14) e submetidos aos mesmos tratamentos previamente descritos. Ainda, foram realizadas mensurações para verificação da adaptação dos copings sobre os pilares e rugosidade superficial dos discos, copings e pilares em MCVL. Foi realizado ensaio de fadiga mecânica dos conjuntos com carga progressiva de 80, 120, 160, 200, 240, 280 e 320 N, frequência de 5 Hz, totalizando 20.000 ciclos em cada estágio. A ciclagem térmica foi realizada com temperaturas entre 5º C e 55º C. Após os ensaios mecânicos, os resultados foram submetidos à análise estatística (probabilidade de sobrevida, teste de Log-Rang, p < 0,05) Os resultados apontaram que o grupo ROS apresentou valores de resistência de união significativamente superiores (p < 0,01) e que a rugosidade superficial foi semelhante para discos e copings (p = 0,22) e para discos e pilares (p = 0,96), e diferente entre copings e pilares (p < 0,01). A desadaptação marginal foi maior para o grupo RO (p < 0,01) e a probabilidade de sobrevida dos conjuntos foi similar para todos os grupos testados (p = 0,57). Concluiu-se que a utilização do Rocatec aumenta os valores de resistência de união à zircônia, não compromete o comportamento mecânico do material e sua utilização é viável em peças já sinterizadas. / The aim of this study was to evaluate the bond strength to zirconia after different surface treatments and to evaluate the mechanical behavior of zirconia abutments and crowns associated with these treatments. In the first phase, 95 discs in zirconia were obtained and divided into five groups (n = 19): GC (control group, without any treatment), GAL (air particle abrasion with Al2O3 particles before sintering), GALS (air particle abrasion with Al2O3 particles after sintering), GRO (silanization with Rocatec system before sintering) and GROS (silanization with Rocatec system after sintering). Three samples of each group had the surfaces analyzed in SEM and CLSM. Ten samples of each group were subjected to microshear test and the other remaining six had their interface examined by SEM. The statistical analysis used a linear regression model with mixed effects and Tukey test (p <0.01). In the second stage, 70 external hex abutments were obtained in zirconia and associated with crowns and zirconia copings. The analog-abutment-crown assemblies were also divided into five groups (n = 14) and subjected to the same treatments described previously. Measurements to verify the adaptation of copings on the abutments and surface roughness of the discs, copings and abutments were performed in CLSM. A fatigue test was carried with progressive load of 80, 120, 160, 200, 240, 280 and 320 N, frequency of 5 Hz and 20,000 cycles at each stage. Thermal cycling was performed with temperatures between 5° C and 55° C. After mechanical tests, the results were subjected to statistical analysis (survival probability, Log-Rang test, p <0.05) The results showed that the ROS group had significantly higher bond strength values (p < 0.01) and that the surface roughness was similar for discs and copings (p = 0.22) and for discs and abutments (p = 0.96), and was different between copings and abutments (p < 0.01). The marginal gap was higher for RO group (p < 0.01) and the survival probability of the sets was similar for all tested groups (p = 0.57). It was concluded that the use of Rocatec increases the bond strength values to zirconia, does not compromise the mechanical behavior of the material and its use is now feasible in sintered parts.

O objetivo do estudo foi avaliar a resistência de união à zircônia após diferentes tratamentos de superfície e o comportamento mecânico de pilares e coroas de zircônia associados aos mesmos tratamentos. Na primeira fase, 95 discos em zircônia foram obtidos e divididos em cinco grupos (n = 19): GC (grupo controle, sem nenhum tipo de tratamento); GAL (jateamento com partículas de Al2O3 antes da sinterização); GALS (jateamento com partículas de Al2O3 após sinterização); GRO (silanização com sistema Rocatec antes da sinterização) e GROS (silanização com sistema Rocatec após sinterização). Três amostras de cada grupo tiveram a superfície analisada em MEV e MCVL. Dez amostras de cada grupo foram submetidas a ensaio de microcisalhamento e as seis restantes foram submetidas à análise de interface por meio de MEV. A análise estatística utilizou modelo de regressão linear com efeitos mistos e teste de Tukey (p < 0,01). Na segunda fase, 70 pilares do tipo hexágono externo foram obtidos em zircônia e associados a coroas totais com copings de zircônia. Os conjuntos análogo-pilar-coroa também foram divididos em cinco grupos (n=14) e submetidos aos mesmos tratamentos previamente descritos. Ainda, foram realizadas mensurações para verificação da adaptação dos copings sobre os pilares e rugosidade superficial dos discos, copings e pilares em MCVL. Foi realizado ensaio de fadiga mecânica dos conjuntos com carga progressiva de 80, 120, 160, 200, 240, 280 e 320 N, frequência de 5 Hz, totalizando 20.000 ciclos em cada estágio. A ciclagem térmica foi realizada com temperaturas entre 5º C e 55º C. Após os ensaios mecânicos, os resultados foram submetidos à análise estatística (probabilidade de sobrevida, teste de Log-Rang, p < 0,05) Os resultados apontaram que o grupo ROS apresentou valores de resistência de união significativamente superiores (p < 0,01) e que a rugosidade superficial foi semelhante para discos e copings (p = 0,22) e para discos e pilares (p = 0,96), e diferente entre copings e pilares (p < 0,01). A desadaptação marginal foi maior para o grupo RO (p < 0,01) e a probabilidade de sobrevida dos conjuntos foi similar para todos os grupos testados (p = 0,57). Concluiu-se que a utilização do Rocatec aumenta os valores de resistência de união à zircônia, não compromete o comportamento mecânico do material e sua utilização é viável em peças já sinterizadas. / The aim of this study was to evaluate the bond strength to zirconia after different surface treatments and to evaluate the mechanical behavior of zirconia abutments and crowns associated with these treatments. In the first phase, 95 discs in zirconia were obtained and divided into five groups (n = 19): GC (control group, without any treatment), GAL (air particle abrasion with Al2O3 particles before sintering), GALS (air particle abrasion with Al2O3 particles after sintering), GRO (silanization with Rocatec system before sintering) and GROS (silanization with Rocatec system after sintering). Three samples of each group had the surfaces analyzed in SEM and CLSM. Ten samples of each group were subjected to microshear test and the other remaining six had their interface examined by SEM. The statistical analysis used a linear regression model with mixed effects and Tukey test (p <0.01). In the second stage, 70 external hex abutments were obtained in zirconia and associated with crowns and zirconia copings. The analog-abutment-crown assemblies were also divided into five groups (n = 14) and subjected to the same treatments described previously. Measurements to verify the adaptation of copings on the abutments and surface roughness of the discs, copings and abutments were performed in CLSM. A fatigue test was carried with progressive load of 80, 120, 160, 200, 240, 280 and 320 N, frequency of 5 Hz and 20,000 cycles at each stage. Thermal cycling was performed with temperatures between 5° C and 55° C. After mechanical tests, the results were subjected to statistical analysis (survival probability, Log-Rang test, p <0.05) The results showed that the ROS group had significantly higher bond strength values (p < 0.01) and that the surface roughness was similar for discs and copings (p = 0.22) and for discs and abutments (p = 0.96), and was different between copings and abutments (p < 0.01). The marginal gap was higher for RO group (p < 0.01) and the survival probability of the sets was similar for all tested groups (p = 0.57). It was concluded that the use of Rocatec increases the bond strength values to zirconia, does not compromise the mechanical behavior of the material and its use is now feasible in sintered parts.

O objetivo deste estudo foi confeccionar uma nova macroestrutura de implantes de Zircônia (Y- TZP) e Titânio (Grau 4) e posteriormente avaliar comparativamente a transmissão de força e a resistência flexural, submetidos à fadiga mecânica e termomecânica. Foram obtidos 33 implantes de Zircônia e de titânio Grau 4. As tensões geradas em torno dos implantes foram observadas em 3 espécimes inicialmente por meio de análise fotoelástica, com forca de 200N aplicada no longo eixo dos implantes. Em seguida, os implantes foram incluídos em resina de poliuretano (F-16, AXSON Technologies) com inclinação de 30° e aleatoriamente separados em grupos (n=10),, segundo o tipo de tratamento a que foram submetidos: Controle (sem tratamento) (Zr e Ti), fadiga mecânica (ZrM e TiM) e fadiga termomecânica (ZrTM e TiTM). A máquina de fadiga mecânica foi programada para aplicar carga de 133 N, com frequência de120 ciclos por minuto (2 Hz), totalizando 2.000.000 ciclos em cada espécime. A ciclagem térmica foi configurada com a temperatura mínima entre 2o a 5oC e temperatura máxima entre 50° a 55° C com exposição de 30 segundos para cada faixa e 5 segundos para troca dos líquidos. Após o ensaio de fadiga mastigatória, todos os grupos foram submetidos ao ensaio de tensão flexural. Os resultados foram submetidos à análise estatística (2-way ANOVA, teste de Bonferroni, p<0,05) e verificou-se que nao houve diferença estatisticamente significante na quantificação da transmissão de força entre os implantes de Zircônia e Titânio. Os implantes de Titânio apresentaram maior resistência flexural, com diferença estatisticamente significante (p<0.05) em relação aos implantes de Zircônia. Concluiu-se que foi possível obter um design de implante de zircônia compatível com as condições de forças aplicadas em ambiente bucal. A fadiga mecânica e termomecânica não influenciaram a resistência flexural dos implantes de Titânio nem dos implantes de Zircônia. / The aim of this study was to develop a new Zirconia (Y-TZP) and Titanium (Grade 4) implant macrostructure to make an accurate comparative evaluation of the stress transmission and flexural strength after both materials were subjected to mechanical and thermomechanical fatigue. Thirty three Zirconia and Titanium Grade 4 implants were obtained. A force of 200N was applied to the long axis of the implants and the distribution of the generated stress around implants was initially observed in three specimens by photoelastic analysis. Then, the implants were embedded in polyurethane resin (F-16, AXSON Technologies) with an inclination of 30°and randomly divided into groups (n = 10), according to the type of treatment they were subjected to: Control (no treatment ) (Zr and Ti), mechanical fatigue (ZRM and TiM) and thermomechanical fatigue (ZrTM and TiTM). The mechanical fatigue testing machine was programmed to apply a load of 133 N, with a frequency of 120 cycles per minute (2 Hz) and a total of 2,000,000 cycles in each specimen. The thermocycling was set with the minimum temperature between 2°-5°C and maximum temperature between 50°-55°C with 30 seconds exposure for each track and 5 seconds for the exchange of fluids. Following the fatigue test (chewing simulation), all groups were subjected to flexural strength test. The data were subjected to statistical analysis (2-way ANOVA, Bonferroni test, p <0.05) and the results showed no statistically significant difference between Zirconia and Titanium implants\'s stress transmission values. Titanium implants showed higher flexural strength, which was statistically significant (p <0.05) compared with Zirconia implants. It was concluded that it was possible to obtain a Zirconia implant design compatible with the forces applied in the oral environment. Moreover, the mechanical and thermomechanical fatigue had no influence on the flexural strength of both Titanium and Zirconia implants.

O estudo avaliou a efetividade de tratamentos de superfície na modificação superficial e adesão da zircônia ao cimento resinoso; a estabilidade de união após ciclagem termomecânica entre coroas metal free com copings em zircônia ou coroas monolíticas em zircônia e pilares personalizados do mesmo material, submetidos a tratamento superficial, e a influência destes na sobrevida dos sistemas protéticos após fadiga termomecânica acelerada. A pesquisa foi desenvolvida em 2 etapas. Na primeira, discos de zircônia foram distribuídos em sete grupos (n=6): G1 (Rocatec); G2 (ácido hidrofluorídrico 40%, 210 segundos); G3 (ácido hidrofluorídrico 40%, 210 segundos + Rocatec); G4 (nanopartícula ZrO2); G5 (nanopartícula SiO2); G6 (nanopartícula SiO2ZrO2); G7 (nanopartícula SiO2ZrO2 + silano). Uma amostra por grupo (n=1) foi analisada por espectroscopia infravermelho (FTIR), difração de raios-x (DRX) e microscopia eletrônica de varredura (MEV). As demais, submetidas a microscopia confocal a laser (n=5) para determinação da rugosidade superficial (Ra) e teste de cisalhamento. Molhabilidade e energia de superfície foram desenvolvidas em triplicata (n=3). G1, G3, G5 e G7 apresentaram valores de resistência ao cisalhamento superiores aos demais. Os melhores resultados definiram os tratamentos da etapa seguinte. Na segunda etapa, 162 análogos de implante conexão tipo Morse foram utilizados. Sobre eles, instaladas bases de titânio conectando pilar de zircônia ao análogo. Os 162 pilares foram distribuídos em 2 grupos de acordo com o ensaio: ciclagem termomecânica ou fadiga termomecânica acelerada. Para cada ensaio, duas modalidades restauradoras foram planejadas (Mono - coroa monolítica em zircônia, Pren - coping em zircônia + cobertura de vitrocerâmica fluorapatita). Pilares foram distribuídos a depender do tratamento recebido: MonoRo (Rocatec), MonoSi (nanopartícula SiO2), MonoSiZr (nanopartícula SiO2ZrO2 + silano). Grupo Pren recebeu os mesmos tratamentos. Sobre pilares, foram cimentadas coroas. Coroas monolíticas, copings e pilares foram obtidos via CAD/CAM. A adesão foi quantificada por teste de resistência à tração após ciclagem termomecânica (n=9) (2x106 ciclos, 2Hz, 120N e ciclos térmicos de 5º-55ºC). Valores de resistência à tração e padrões de falha obtidos foram registrados. Não foram encontradas diferenças significantes entre grupos para resistência à tração, mas o comportamento médio da força foi diferente nos grupos dependendo da falha. Sobrevida dos conjuntos foi analisada após fadiga termomecânica acelerada (n=18) (cargas progressivas a cada 2x104 ciclos de 80, 120, 160, 200, 240, 280 e 320N em 5Hz até 14x104 ou a falha, com ciclos térmicos de 5º- 55ºC). Resistência à fadiga foi comparada pela probabilidade de sobrevivência em cada intervalo. Padrões de falha foram classificados em ambos testes e amostras representativas de cada falha analisadas em MEV. MonoRo e MonoSiZr são semelhantes e têm maior probabilidade de sobrevivência que os demais. Pertencer a PrenSiZr, MonoSi, PrenRo ou PrenSi diminui a probabilidade de sobrevivência. / The study evaluated the effectiveness of surface treatments in surface modification and zirconia adhesion to resin cement; the bonding stability after thermomechanical cycling between free metal crowns with zirconia copings or monolithic zirconia crowns and customized abutments of the same material, subjected to surface treatments, and their influence in the survival of prosthetic systems after accelerated thermomechanical fatigue. The research was developed in 2 stages. In the first, zirconia discs were distributed in seven groups (n = 6): G1 (Rocatec); G2 (hydrofluoric acid 40%, 210 seconds); G3 (hydrofluoric acid 40%, 210 seconds + Rocatec); G4 (nanoparticle ZrO2); G5 (SiO2 nanoparticle); G6 (SiO2ZrO2 nanoparticle); G7 (SiO2ZrO2 nanoparticle + silane). One sample per group (n = 1) was analyzed by infrared spectroscopy (FTIR), X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM). The others were submitted to laser confocal microscopy (n = 5) for determination of surface roughness (Ra) and shear test. Wettability and surface energy were developed in triplicate (n = 3). G1, G3, G5 and G7 presented higher values of shear strength than the others. The best results defined the treatments of the next stage. In the second stage, 162 Morse type implant analogues were used. On them, installed a titanium base, connecting zirconia abutment to analog. The 162 abutments were distributed in 2 groups according to the test: thermomechanical cycling or accelerated thermomechanical fatigue. For each test, two restorative modalities were planned (Mono - monolithic zirconia, Pren - zirconia coping + vitroceramic fluorapatite revestment). Abutments were distributed depending on the treatment received: MonoRo (Rocatec), MonoSi (nanoparticle SiO2), MonoSiZr (nanoparticle SiO2ZrO2 + silane). The Pren Group received the same treatments. Crowns were cemented on abutments. Monolithic crowns, copings and abutments were obtained by CAD/CAM. The adhesion was quantified by tensile strength test after thermomechanical cycling (n = 9) (2x106 cycles, 2Hz, 120N and thermal cycles of 5º-55ºC). Values of tensile strength and obtained failure patterns were recorded. No significant differences were found between groups for tensile strength, but mean force behavior was different in groups depending on failure. The survival of the sets was analyzed after accelerated thermomechanical fatigue (n = 18) (progressive loads every 2x104 cycles of 80, 120, 160, 200, 240, 280 and 320N in 5Hz up to 14x104 or failure, with thermal cycles of 5º- 55ºC). Fatigue resistance was compared by the probability of survival at each interval. Failure patterns were classified in both tests and representative samples of each failure analyzed in SEM. MonoRo and MonoSiZr are similar and more likely to survive than the others. Belonging to PrenSiZr, MonoSi, PrenRo or PrenSi reduces the probability of survival.

In order to characterize mechanical components used in high responsibility applications, the knowledge of chemical composition and results from regular experiments such as traction, impact and hardness tests is important, but not sufficient. They cannot supply the necessary information that permit anticipating, in a reliable way, the components behavior in actual working conditions. As an example, there are engines cylinder head submitted to mechanical and thermal tensions that are relatively high during the in service use, and very high in same very demanding condition. During long run times and any failure in the cooling and/or lubrication the temperature may reach 300ºC. This temperature variation causes thermal shocks which may generate cracks and/or a wide ranging of plastic deformation in regions close to the pistons. Even not considering the thermal shock effects caused by failure, even so, a short number of start-up and shutdown cycles of engine, are considered the main cause of small cracks. This indicates that the generation of cracks in cylinder head may be considered as low cycle thermomechanical fatigue problem. Another problem is the microstructure heterogeneity in the component due to the casting process, leading to different physical and mechanical properties in the same piece. Besides the presence of porosity generated by gas bubbles and voids of solidification, which may be as great as short crack, reducing the nucleation life and changing the problems focus for the fatigue crack growth. The purpose of this study was to determine the isothermal and thermomechanical fatigue property through low cycle fatigue, as well as the fatigue crack growth, relaxation, microestrutural characterization and modeling of mechanical behavior by finite element for the aluminum alloy employed in the manufacture of engine cylinder head by the national automotive industry. Isothermal fatigue experiments were carried out at temperature of 120ºC and 280ºC and the thermomechanical performed in phase between the temperatures of 120ºC and 280ºC. The relaxation experiments were performed at some temperatures with trapezoidal wave loading, whereas the experiments of fatigue crack growth carried out at temperatures of 120ºC, 200ºC and 280ºC for sine and trapezoidal wave loading in displacement and load control. The microstructure analysis was also made in the specimens after the fatigue test by optical microscopy and scanning electron microscopy SEM. The results of these experiments showed that the casting defects and materials inhomogeneities, coupled long run times in high temperatures and loads, are a critical factor in the component performance. These results help us to establish accurate models for life prediction of the engine cylinder head. / Para caracterizar componentes usados em aplicações de alta responsabilidade não basta apenas conhecer a composição química e os resultados de ensaios de tração, impacto e dureza, pois estes podem não fornecer os subsídios necessários que permitam prever, de maneira confiável, o comportamento dos componentes nas condições reais de trabalho. Exemplo disto são os cabeçotes de motor automotivos, submetidos a tensões térmicas e mecânicas relativamente altas durante seu uso normal e altíssimo em condições extremas. Durante longos tempos de funcionamento e eventuais falhas na refrigeração e ou lubrificação a temperatura pode chegar a valores próximos de 300ºC. Esta variação de temperaturas provoca choques térmicos que podem gerar trincas e/ou uma grande quantidade de deformação plástica em regiões próximas aos pistões. Desconsiderando a presença de choques térmicos provocados por falhas, ainda assim, uma pequena quantidade de ciclos de acionamento e parada do motor, é considerada como os principais causadores de pequenas trincas. Isso indica que o surgimento de trincas em cabeçotes de motor deve ser considerado um problema de fadiga termomecânica de baixo ciclo. Outro problema é a heterogeneidade microestrutural no componente devido ao processo de fundição, levando a propriedades mecânicas e físicas diferentes em uma mesma peça. Além da presença de porosidade gerada por bolhas de gás e vazios de solidificação, que podem adquirir tamanho tal que se aproximem de pequenas trincas, diminuindo a vida para a nucleação e assim mudando o foco do problema para o de propagação de trinca por fadiga. A proposta deste trabalho foi a de determinar as propriedades de fadiga isotérmica e termomecânica através de ensaios de fadiga de baixo ciclo, bem como as propriedades de propagação de trinca por fadiga, relaxação, caracterização microestrutural e modelagem do comportamento mecânico por elementos finitos para a liga de alumínio utilizada na fabricação de cabeçotes de motores automotivos pela indústria nacional. Os ensaios de fadiga isotérmica foram realizados nas temperaturas de 120ºC e 280ºC e os ensaios termomecânicos foram realizados em fase entre as temperaturas de 120ºC e 280ºC. Os ensaios de relaxação foram realizados em várias temperaturas com carregamento de onda trapezoidal, enquanto que os ensaios de propagação de trinca por fadiga foram realizados nas temperaturas de 120ºC, 200ºC e 280ºC para carregamentos de onda senoidal e trapezoidal em controle de carga e de deslocamento. Foi feita também análise microestrutural nos corpos de prova, após os ensaios de fadiga, por microscopia óptica e por microscopia eletrônica de varredura MEV. Os resultados destes ensaios mostraram que os defeitos de fundição e a falta de homogeneidade no material, aliados a longos tempos de exposição a carregamentos e em altas temperaturas, constituem um fator crítico no desempenho do componente. Estes resultados ajudarão a estabelecer modelos precisos de previsão de vida para os cabeçotes de motor.

Os discos de freio, durante a frenagem, são submetidos a tensões térmicas e mecânicas que podem ser relativamente altas quando muito bruscas (frações de segundo), situação em que a temperatura pode chegar a valores próximos de 600ºC. Esta variação de temperatura provoca choques térmicos que podem gerar trincas e/ou uma grande quantidade de deformação plástica no disco. A proposta deste trabalho foi a de investigar, através de experimentos, o comportamento mecânico e físico em quatro ligas de ferro fundido cinzento (A, B, C e E), utilizadas para produzir discos de freio de veículos automotivos. Para tanto, foram realizados ensaios termomecânicos de baixo ciclo em corpos de prova, entre 300ºC e 600ºC, nas condições em fase e fora de fase, adotando o critério de falha em 50% da tensão máxima (ASTM E-606) e em componentes (discos), além daqueles de difusividade térmica desde a temperatura ambiente até 600ºC. As curvas deformação em função da vida ( N) foram obtidas e analisadas segundo norma ASTM E 466/468. A análise microestrutural nos corpos de prova e peças, após os ensaios de fadiga, serviu para revelar a influência da morfologia e quantidade de grafita e da matriz sobre as propriedades mecânicas. A medição das difusividades térmicas teve como objetivo a verificação da influência do carbono equivalente e dos elementos de liga sobre esta propriedade física. Observou-se que, durante os ensaios de fadiga termomecânica em fase, em função da decomposição de parcela da cementita da perlita, houve, nos materiais, a chamada expansão grafítica, que teve influência na parte trativa do ciclo, diminuindo as tensões necessárias para se alcançar determinadas amplitudes de tensão mecânica. Pelos gráficos de amplitude de deformação mecânica em função do número de reversos para falhar, sob fadiga termomecânica em fase e fora de fase, observou-se que a melhor liga de ferro fundido cinzento foi a liga E. Esta constatação implicará em uma significativa redução dos custos de produção dos discos de freio, pois se poderá prescindir do elemento de liga Molibdênio, extremamente caro. Comparando-se os resultados de fadiga termomecânica com os de fadiga isotérmica a 25ºC, 300ºC e 600ºC, pôde-se verificar que os ensaios mais críticos foram os fora de fase, pois conduziram, comparativamente, a vidas menores. / Brake discs are submitted to thermal and mechanical stress that can be relatively high during abrupt braking action happens (fractions of seconds), causing the temperature to reach values as high as 600ºC. This temperature variation results in thermal shocks that can generate cracks and/or a large amount of plastic deformation in the disk. The main aim of this work was to investigate, through experiments, the mechanical and physical behavior of four alloys of gray cast iron (A, B, C and E), used to produce brake discs of automotives vehicles. Low cycle thermomechanical fatigue tests were carried out in components (discs) and in test specimens, between 300ºC and 600ºC, in the conditions in-phase and out-of-phase, adopting the failure criterion of 50% drop of the maximum tensile stress (ASTM E - 606). Thermal diffusivity values were measured from room temperature up to 600oC in order to analyze the effects of carbon content and alloying elements in physical properties. Curves -N were obtained and analyzed according to ASTM E 466/468 standard. Microstructural analysis was employed to reveal the influence of the matrix and morphology/amount of graphite on the mechanical properties. It was observed that, during in-phase thermomechanical fatigue tests, the volume expansion due to cementite decomposition into graphite and ferrite caused a decrease in the tensile stress necessary to achieve the mechanical strain imposed during tests. From M/2 x 2Nf graphs it was inferred that alloy E presented the best performance both in in-phase and out-of phase tests. The lack of Mo in this alloy implies in a significant reduction of cost production of the brake discs, due to the high cost of such alloying element. Out-of-phase thermomechanical fatigue tests resulted in shorter lives compared to isothermal fatigue tests carried out at 25ºC, 300ºC and 600ºC.

Motores de combustão interna são submetidos a carregamentos térmicos e mecânicos que podem resultar em trincas devido ao fenômeno de fadiga termomecânica, FTM. Ferros fundidos tem sido uma escolha comum para a fabricação de blocos e cabeçotes de motores a diesel. Para melhorar o desempenho dos motores é importante ter uma compreensão clara do comportamento em FTM destes materiais, permitindo a previsão de vida, melhorando as propriedades de novas ligas, bem como aumentar a confiabilidade desses componentes. Assim, este projeto teve como objetivo avaliar a vida em FTM de dois tipos de ferro fundido usado na fabricação de motores de combustão interna. Os testes foram realizados em um sistema de teste mecânico MTS 810, em controle de deformação com 100% de restrição (&Delta;&epsilon; = 0), utilizando um forno de indução de alta frequência para aquecimento e um dispositivo de resfriamento (condução e convecção), registrando as tensões e número de ciclos. Os ciclos térmicos aplicados simulam as condições de trabalho, em modo acelerado, de um motor de combustão interna, aplicando um ciclo térmico em forma de uma onda trapezoidal, com temperaturas mínimas e máximas de 50 e 420°C, respectivamente e um tempo de permanência de 180 s na temperatura máxima, e tempo de ciclo total de 300 s. Os resultados mostram que o ferro fundido vermicular apresenta uma vida em FTM maior que o ferro fundido cinzento porque a morfologia dos veios de grafita que atuam como concentradores de tensão no ferro fundido cinzento reduz acentuadamente a sua rigidez durante a tensão trativa, causando a formação de micro trincas em um número menor de ciclos. / Internal combustion engines are subjected to thermal and mechanical loads that may result in cracks due to thermomechanical fatigue phenomenon, TMF. Cast irons have been a common choice for the manufacture of blocks and cylinder heads of diesel engines. To improve the engines performance it is important to have a clear understanding of the FTM behavior of these materials, enabling life prediction, improving the properties of new alloys, as well as increase the reliability of these components. Thus, this project aims to evaluate the TMF life of two types of cast iron used in the manufacture of internal combustion engines. The tests were performed on a MTS 810 mechanical testing system, in displacement control and 100% restriction (&Delta;&epsilon; = 0), using a highfrequency induction furnace for heating and a cooling device (conduction and convection), recording the stresses, strains and number of cycles. The thermal cycles applied have heating and cooling cycles that simulate the work conditions, in accelerated mode, of an internal combustion engine, applying an trapezoidal wave shape, with minimum and maximum temperatures of 50 and 420°C respectively, and a 180 s dwell time at maximum temperature, and total cycle time of 300 s. The results showed that compact cast iron presents TMF life larger than the gray cast iron because the morphology of graphite flakes in the gray cast iron reduces markedly their rigidity during the traction portion of the tensile part of the cycle, causing the defects formation at smaller number of cycles. The thermomechanical behavior of these two types of cast irons are discussed in detail.