Materiais com alta energia de defeito de empilhamento

Em materiais com essa característica as discordâncias se juntam formando paredes que separam regiões em que sua densidade é relativamente baixa. Em escala macroscópica os grãos são divididos em regiões bem definidas denominadas bandas de deformação separadas por regiões mais estreitas denominadas bandas de transição. Durante a deformação, as bandas de deformação sofrem rotações em diferentes ângulos e direções e essas variações de orientação são acomodadas pelas bandas de transição [35]. A Figura 2.7 é um esquema de duas bandas de deformação separadas por uma banda de transição mostrando o ângulo de rotação ao longo desta. Observa-se que a banda de transição é caracterizada por uma estrutura celular enquanto as bandas de deformação apresentam uma estrutura em blocos de células. A formação dessas estruturas será discutida adiante [36].

Figura 2.7. Desenho esquemático da morfologia da estrutura de discordâncias mostrando o ângulo de rotação entre diferentes bandas de deformação. A largura da banda de transição é marcada pelas setas [36].

A presença dessa configuração de defeitos foi evidenciada por Liu e outros [37] em Al puro laminado a frio até 50% de redução, ver microestrutura resultante na Figura 2.8. Observa-se que esta é dividida em regiões A, C e E (blocos de células) separadas por bandas de transição B, D e F (estrutura celular).

Figura 2.8. Micrografia eletrônica de transmissão realizada no plano longitudinal de uma amostra de Al puro laminada a frio com 50% de redução. Observam-se as regiões A, B, C, D, E e F separadas por contornos formados por discordâncias, e suas orientações A direção de laminação é indicada pela seta RD [37].

Como essa subestrutura é formada? No início da deformação são ativadas diferentes combinações de sistemas de escorregamento em diferentes partes do grão, que o subdividem em regiões denominadas blocos de células - CB (do inglês – cells blocks). A formação dessa estrutura pode ser explicada com base no princípio de Taylor que propõe que cada grão sofre mudança de forma idêntica à do agregado cristalino desde que cinco sistemas independentes de deslizamento possam operar [38]. Porém, observações experimentais mostraram que o número de sistemas de deslizamento para um

grão pode ser menor do que cinco, o que leva à subdivisão dos grãos em blocos de células. De acordo com a teoria de fragmentação dos grãos essa configuração consegue cumprir o critério de Taylor [2].

Os blocos de células são ainda subdivididos em células de discordâncias que são elementos de volume equiaxiais onde a densidade de discordâncias é bem menor que a densidade média.

A Figura 2.9 ilustra esquematicamente todos os aspectos microestruturais de estruturas deformadas; são identificados dois tipos de contornos formados por discordâncias: (i) Contornos Incidentais de Discordâncias (do inglês Incidental Dislocation Boundaries - IDB), que separam as células de discordâncias e são formados por discordâncias bloqueadas e (ii) Contornos Geometricamente Necessários (do inglês Geometrical Necessary Boundaries – GNB); estes separam os blocos de células e tem a função de acomodar a geometria da deformação plástica evitando a formação de vazios. Os GNB podem adotar as seguintes diferentes feições:

 Paredes Densas de Discordâncias (do inglês Dense Dislocation

Walls – (DDW): contornos formados por alta densidade de

discordâncias. Separam blocos de células formando um contorno contínuo que passa entre estas.

 Microbandas (MB): regiões formadas por células alongadas, menores do que as células de discordâncias e típicas de altas deformações. Desenvolvem-se a partir de DDW e podem adotar três diferentes morfologias: (a) uma série de pequenas células achatadas (do inglês – small pancake shaped, SPC), (b) longos pares de paredes de discordâncias (do inglês – paired dislocation sheets, PDS), formadas pela subdivisão das DDW, (c) paredes duplas (do inglês – double walls, DW), formadas pela segmentação de DDW curtas. Essas três últimas morfologias de MB são mostradas na Figura 2.9-d [39,40]. Em resumo, uma típica estrutura de blocos de células compõe-se de: GNB – entre eles as DDW – paredes densas de discordâncias e MB –

microbandas, que envolvem as células equiaxiais de discordâncias separadas por IDB – contornos incidentais de discordâncias, como mostrado na Figura 2.9-a. A Figura 2.9-b mostra uma possível distribuição dos planos de escorregamento no grão mostrado em 2.9-a [2].

Figura 2.9. Esquematização das subestruturas de deformação e da subdivisão dos grãos discutidas nos parágrafos anteriores: (a) deformação de pequena a média – DDW formando blocos de células; (b) disposição cruzada de planos de escorregamento na superfície do grão esquematizado em (a); em (c) tem-se a microestrutura de deformação formada com deformações maiores do que a mostrada em (a), observando-se a presença de microbandas - MB. Em (d) são esquematizadas as três diferentes morfologias de MB. [2].

Esse tipo de subestrutura foi observado por Bay e colaboradores em Al laminado a frio com 30% de redução [40]; o trabalho concluiu que a microestrutura deformada consistia de células de discordâncias, DDW e MB, ver Figura 2.10.

Figura 2.10. Micrografia eletrônica de transmissão realizada no plano de laminação de uma amostra de Al puro, deformada 30% a frio. Três MB paralelas são marcadas com M. Entre estas se observam blocos de células de discordâncias e paredes densas de discordâncias, marcadas por D [40].

Com o aumento da deformação esses contornos evoluem de baixo ângulo para alto ângulo. Nos IDB o aumento no ângulo de orientação entre as células de discordâncias vizinhas é simplesmente resultado da absorção das discordâncias geradas na deformação, já os GNB evoluem de uma maneira mais rápida e bastante complexa, influenciada por parâmetros tais como, tamanho de grão inicial, orientação preferencial e textura entre outros [41]. A Figura 2.11 apresenta o ângulo de orientação médio (θm) entre as células

vizinhas (IDB) e entre os blocos de células (GNB) em função da deformação equivalente (von Mises).

Figura 2.11. Relação entre o ângulo de orientação médio (θm) dos GNB e IDB e a deformação de von Mises (εvM) [41].

Observa-se que o ângulo de orientação entre os blocos de células (GNB) aumenta mais rapidamente com a deformação do que entre as células de discordâncias (IDB). Por outro lado os blocos de células diminuem em tamanho mais rapidamente do que as células de discordâncias até que os contornos de células se tornem idênticos aos contornos de CB, ou seja, se transformam em GNB formando uma estrutura composta por subgrãos [2,41].

O refinamento dos grãos atinge o estado de saturação quando ocorre equilíbrio entre as taxas de geração e recuperação das discordâncias [42].