Aula 08 - Deformação plastica

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Introdução a Ciência e Engenharia dos

Materiais

Prof. C. Brunetti

Mecanismos de Deformação Plástica

Mecanismos de Endurecimento

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Objetivos

a) Discutir o papel dos defeitos cristalinos na deformação

plástica de materiais cristalinos (especialmente nos

metais)

b) Discutir os mecanismos de endurecimento em metais e

Prof. C. Brunetti – Introdução a Ciência e Engenharia de Materiais

2

b) Discutir os mecanismos de endurecimento em metais e

ligas

c) Discutir a interação entre deformação a frio e

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Os materiais de engenharia podem ser solicitados por:

Conceitos fundamentais

Como a maioria dos metais são menos resistentes ao cisalhamento que à tração e compressão e como estes últimos podem ser decompostos em

componentes de cisalhamento, pode-se dizer que os metais se deformam pelo cisalhamento plástico ou pelo escorregamento de um plano cristalino em relação ao outro.

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Conceitos fundamentais

Em uma escala microscópica a deformação plástica é o resultado do movimento dos átomos devido à tensão aplicada. Durante este

processo ligações são quebradas e outras refeitas.

A movimentação de discordâncias é o principal fator envolvido na deformação plástica de metais e ligas

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A mobilidade de discordâncias pode ser alterada por diversos fatores (composição, processamento…)

manipulação das propriedades mecânicas do material

Discordâncias afetam outras propriedades do material, além das mecânicas (p. ex. propriedades elétricas de semicondutores)

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Discordâncias e a DP

O mecanismo de deformação plástica é diferente para materiais cristalinos e materiais amorfos.

Nos materiais cristalinos o principal mecanismo de deformação plástica geralmente consiste no deslizamento de planos atômicos através da

movimentação de discordâncias.

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Discordâncias e a DP

Degraus de deformação promovidos pela movimentação de discordâncias em aresta e espiral

6

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Discordâncias e a DP

Densidade de discordâncias

Materiais solidificados lentamente

10

3

_discord.mm

-2

Materiais deformados

10

9 -

₁₀

10

_discord.mm

-2

Materiais deformados e tratados termicamente

10

5 -

₁₀

6

_discord.mm

-2

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Quando os metais são deformados plasticamente cerca de 5% da

energia é retida internamente, o restante é dissipado na forma de calor.

A maior parte desta energia

armazenada está associada com as

Características das discordâncias

armazenada está associada com as tensões associadas às discordâncias A presença de discordâncias

promove uma distorção da rede cristalina de modo que certas regiões sofrem tensões

compressivas e outras tensões de tração.

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Sinais idênticos no mesmo plano de escorregamento = repulsão

Características das discordâncias

Interação entre os campos de tensões

Sinais opostos no mesmo plano de escorregamento = atração Aniquilação da discordância

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Deformação plástica aumenta o número de discordâncias

(encruamento)

Novas “fontes” para discordâncias são as próprias

discordâncias, que se multiplicam;

Características das discordâncias

10

discordâncias, que se multiplicam;

Contornos de grão;

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Sistemas de escorregamento

As discordâncias não se movem com a mesma facilidade em todos os planos cristalinos e em todas as direções cristalinas.

A movimentação das discordâncias se dá preferencialmente através de planos específicos e, dentro desses planos, em direções específicas, ambos com a maior densidade atômica de um dado reticulado cristalino.

Essa combinação de um plano e uma direção é chamada de sistema de deslizamento (“slip system”).

deslizamento (“slip system”).

Sistema de

escorregamento para um cristal CFC

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Sistemas de escorregamento

IMPORTANTE!!

Um sistema de escorregamento é definido por um plano e por uma

direção de escorregamento, ambos com a maior densidade atômica em um dado reticulado

cristalino.

12

Metais CCC e CFC possuem muitos sistemas de deslizamento, portanto apresentam

comportamento dúctil (se deformam plasticamente com relativa facilidade)

Metais HC têm poucos sistemas de deslizamento, assim não são capazes de se deformar plasticamente com facilidade, ou seja, apresentam comportamento frágil

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Mecanismos de aumento de resistência

Se a DP está relacionada com o movimento de discordâncias,

como fazer para aumentar a resistência do material ??

Deve-se então restringir o movimento das discordâncias

COMO?

Adição de elemento de liga (formação de solução sólida

ou precipitação de fases)

Redução do tamanho de grão

Encruamento (trabalho a frio)

Aumento da resistência por tratamento térmico

(transformação de fase):

Veremos adiante!!!

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Mecanismo de aumento de resistência

Aumento da resistência por solução sólida

Os campos de tensão gerados por átomos de soluto interagem com os campos de tensão das discordâncias, dificultando a movimentação das discordâncias e,

conseqüentemente, promovendo endurecimento.

O aumento do nível de impurezas (soluto) aumenta o limite de resistência a tração e o limite de escoamento.

No entanto a ductilidade e prejudicada

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Mecanismo de aumento de resistência

Aumento da resistência por refino de grão

Contornos de grão são obstáculos para a movimentação das discordâncias 1) Orientações diferentes causam mudança na direção da movimento; 2) No contorno de grão há uma desordem atômica, resultando numa

descontinuidade de planos de escorregamento

3) É mais difícil atravessar contornos de alto ângulo

podem atuar como fontes de novas discordâncias

16 Relação de Hall-Petch onde: σ o e ky são constantes características do material.

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Mecanismo de aumento de resistência

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Aumento da resistência pelo encruamento

É o mais antigo e provavelmente o mais utilizado dentre os mecanismos de endurecimento de metais.

Mecanismo de aumento de resistência

18

O encruamento é o mecanismo pelo qual um material dúctil se torna mais duro e resistente depois de ter sido submetido a uma

deformação plástica.

Durante a deformação plástica, as discordâncias movimentam-se, multiplicam-movimentam-se, interagem entre si formando “emaranhados”.

Para que a movimentação das discordâncias ocorra passa a haver a necessidade de tensões crescentes.

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Mecanismo de aumento de resistência

O encruamento aumenta a resistência mecânica O encruamento aumenta o limite de escoamento O encruamento diminui a ductilidade

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Mecanismo de aumento de resistência

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Recristalização

TF = 33% _{580 ºC – 3 s} _{580 ºC – 4 s} 580 ºC – 8 s

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Recristalização

22

Influência da temperatura de recozimento nas propriedades de uma liga de latão