DISCORD-FABRIC

1 E le a n i M a ri a da C o s ta -P G E T E MA /P U C R

S

_{4-PROPRIEDADES DOS METAIS}

DEFORMADOS PLASTICAMENTE

A capacidade de um material se deformar plasticamente está relacionado com a habilidade das discordâncias se

2

7. Discordâncias e

Mecanismos de Aumento de

Resistência

- Conceitos básicos: características das

discordâncias, sistemas de escorregamento

- Aumento da resistência por diminuição do

tamanho de grão

-  Aumento da resistência por solução sólida

- Encruamento, recuperação, recristalização

e crescimento de grão

3 E le a n i M a ri a da C o s ta -P G E T E MA /P U C R

S

_{PROPRIEDADES DOS METAIS}

DEFORMADOS PLASTICAMENTE

A capacidade de um material se deformar plasticamente está relacionado com a habilidade das discordâncias se

4 E le a n i M a ri a da C o s ta -P G E T E MA /P U C R S

DEFORMAÇÃO PLÁSTICA



Os materiais podem ser solicitados por tensões

de compressão, tração ou de cisalhamento.



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.



O escorregamento de planos atômicos envolve o

5 E le a n i M a ri a da C o s ta -P G E T E MA /P U C R S

DISCORDÂNCIAS E

DEFORMAÇÃO PLÁSTICA

 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.

 Nos sólidos cristalinos a deformação plástica geralmente

envolve o escorregamento de planos atômicos, o

movimento de discordâncias e a formação de maclas

 Então, a formação e movimento das discordâncias

têm papel fundamental para o aumento da resistência mecânica em muitos materiais.

A resistência Mecânica pode ser aumentada restringindo-se o movimento das discordâncias

6 E le a n i M a ri a da C o s ta -P G E T E MA /P U C R S

_{MOVIMENTO DE DISCORDÂNCIAS}

E A DEFORMAÇÃO PLÁSTICA

 Discordâncias em cunha movem-se devido à aplicação de uma tensão de cisalhamento perpendicular à linha de

discordância

 O movimento das discordâncias pode parar na superfície do material, no contorno de grão ou num precipitado ou

outro defeito

 A deformação plástica corresponde à deformação permanente que resulta principalmente do movimento de discordâncias (em cunha ou em hélice)

7 E le a n i M a ri a da C o s ta -P G E T E MA /P U C R S

MOVIMENTO DE DISCORDÂNCIAS

Plano de escorregamento Direção de escorregamento Uma distância interatômica

8 E le a n i M a ri a da C o s ta -P G E T E MA /P U C R S

_{MOVIMENTO DE DISCORDÂNCIAS}

EM CUNHA E EM HÉLICE

 _vem

9 E le a n i M a ri a da C o s ta -P G E T E MA /P U C R S

_{DENSIDADES DE DISCORDÂNCIAS}

TÍPICAS

 _{Materiais solidificados lentamente = 10}3 _discord./mm2

 _{Materiais deformados= 10}9 -₁₀10 _discord./mm2

 _{Materiais deformados e tratados termicamente= 10}5 -₁₀6 _discord./mm2

10 E le a n i M a ri a da C o s ta -P G E T E MA /P U C R

S

_{DISCORDÂNCIAS IMPORTANTES PARA}

CARACTERÍSTICAS DAS

AS PROP. MECÂNICAS

 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 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.

11 E le a n i M a ri a da C o s ta -P G E T E MA /P U C R S

INTERAÇÃO DE

DISCORDÂNCIAS



ATRAÇÃO



REPULSÃO

12 E le a n i M a ri a da C o s ta -P G E T E MA /P U C R S

MOVIMENTO DE DISCORDÂNCIAS EM

MONOCRISTAIS

 Durante a deformação plástica o número de discordâncias aumenta drasticamente  As discordâncias movem-se mais facilmente nos planos de maior densidade atômica

(chamados planos de

escorregamento). Neste caso,

a energia necessária para mover uma discordância é mínima

 Então, o número de planos

nos quais pode ocorrer o

escorregamento depende da estrutura cristalina

13 E le a n i M a ri a da C o s ta -P G E T E MA /P U C R S

DEFORMAÇÃO PLÁSTICA EM

MATERIAIS POLICRISTALINOS

A direção de escorregamento varia de

grão para grão

LINHAS DE ESCORREGAMENTO

14 E le a n i M a ri a da C o s ta -P G E T E MA /P U C R

S

_{Planos e direções de deslizamento}

das discordâncias



Sistemas de delizamento:

_{conjunto de planos e}

direções de maior densidade atômica



CFC

: {111}<110> (mínimo 12 sistemas)



CCC

: {110}<111> (mínimo 12 sistemas)



HC

: apresenta poucos sistemas de

deslizamento (3 ou 6) por isso os metais

que cristalizam nesta estrutura são

frágeis

PARA ALGUNS MATERIAIS COM ESTRUTURAS CCC E HC O ESCORREGAMENTO DE ALGUNS PLANOS SÓ SE TORNAM

15 E le a n i M a ri a da C o s ta -P G E T E MA /P U C R S

CFC: {111}<110>

(mínimo 12 sistemas de

escorregamento)

Planos: {111}= 4

16 E le a n i M a ri a da C o s ta -P G E T E MA /P U C R S

Maclas



Discordâncias não é o único defeito

cristalino responsável pela

deformação plástica, maclas

também contribuem.



Deformação em materiais cfc, como

o cobre, é comum ocorrer por

maclação

17 E le a n i M a ri a da C o s ta -P G E T E MA /P U C R S

Mecanismos de aumento de

resistência dos metais

1.

Aumento da resistência por adição de

elemento de liga (formação de solução sólida

ou precipitação de fases)

2.

Aumento da resistência por redução do

tamanho de grão

3.

Aumento da resistência por encruamento

4.

Aumento da resistência por tratamento térmico

(transformação de fase):

será visto

posteriormente

18 E le a n i M a ri a da C o s ta -P G E T E MA /P U C R S

1- Aumento da resistência por

adição de elemento de liga



Os átomos de soluto podem causar

tanto tração (átomos menores)

como compressão (átomos maiores)

na rede cristalina



Os átomos de soluto se alojam na

rede próximo às discordâncias de

forma a minimizar a energia total do

sistema

19 E le a n i M a ri a da C o s ta -P G E T E MA /P U C R S

1- Aumento da resistência por adição

de elemento de liga

EX:

INTERAÇÃO DE DISCORDÂNCIAS EM

SOLUÇÕES SÓLIDAS SUBSTITUCIONAIS

Quando um átomo de uma impureza esta presente,

o movimento da discordância fica restringido, ou seja,

deve-se fornecer energia adicional para que continue

havendo escorregamento. Por isso soluções sólidas

de metais são sempre mais resistentes que seus

metais puros constituintes

20 E le a n i M a ri a da C o s ta -P G E T E MA /P U C R S

2- Aumento da resistência por

diminuição do tamanho de grão

ex: DEFORMAÇÃO PLÁSTICA EM MATERIAIS

POLICRISTALINOS

O contorno de grão

interfere no movimento

das discordâncias



Devido as diferentes

orientações cristalinas

presentes, resultantes

do grande número de

grãos,

as direções de

escorregamento das

discordâncias variam

de grão para grão

21 E le a n i M a ri a da C o s ta -P G E T E MA /P U C R

S

_{Aumento da resistência por}

diminuição do tamanho de grão



O contorno de grão funciona como

um barreira para a continuação do

movimento das discordâncias devido

as diferentes orientações presentes

e também devido às inúmeras

descontinuidades presentes no

contorno de grão.

22 E le a n i M a ri a da C o s ta -P G E T E MA /P U C R S

ESCOAMENTO E

DISCORDÂNCIAS

A tensão necessária para

mover a discordância e gerar a deformação plástica está

relacionada não só com a energia para mover e criar discordâncias, mas também para dissociá-las dos átomos de soluto.

23 E le a n i M a ri a da C o s ta -P G E T E MA /P U C R S



Qual das duas ligas com teores iguais

de soluto apresentará o maior limite

de escoamento?



Al-Cu



Al-Si

24 E le a n i M a ri a da C o s ta -P G E T E MA /P U C R S

Dependência da tensão de

escoamento com o tamanho de grão

EQUAÇÃO DE HALL-PETCH



_esc

= 

o

+ K

e

(d)

-1/2





o e Ke são constantes





o= tensão de atrito oposta ao movimento

das discordâncias



Ke= constante relacionada com o

empilhamento das discordâncias



d= tamanho de grão

Essa equação não é válida para grãos muito

grosseiros ou muito pequenos

25 E le a n i M a ri a da C o s ta -P G E T E MA /P U C R S

Dependência do limite de

escoamento com o tamanho

de grão

26 E le a n i M a ri a da C o s ta -P G E T E MA /P U C R S

3- ENCRUAMENTO OU

ENDURECIMENTO PELA

DEFORMAÇÃO À FRIO



É o fenômeno no qual um material endurece

devido à deformação plástica (realizado pelo

trabalho à frio)



Esse endurecimento dá-se devido ao

aumento de discordâncias e imperfeições

promovidas pela deformação, que impedem

o escorregamento dos planos atômicos



A medida que se aumenta o encruamento maior é

a força necessária para produzir uma maior

deformação



O encruamento pode ser removido por tratamento

27 E le a n i M a ri a da C o s ta -P G E T E MA /P U C R S

GRAU DE DEFORMAÇÃO

PLÁSTICA EM TERMOS DE

TRABALHO À FRIO (TF)



%TF= A

_inicial

-A

_final

x100

A

inicial

28 E le a n i M a ri a da C o s ta -P G E T E MA /P U C R

S

VARIAÇÃO DAS PROPRIEDADES

MECÂNICAS EM FUNÇÃO DO

ENCRUAMENTO

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

29 E le a n i M a ri a da C o s ta -P G E T E MA /P U C R S

ENCRUAMENTO E

MICROESTRUTURA



Antes da

deformação



Depois da

deformação

30 E le a n i M a ri a da C o s ta -P G E T E MA /P U C R S

RECRISTALIZAÇÃO

(Processo de Recozimento para

Recristalização)



Se os metais deformados

plasticamente forem submetidos ao

um aquecimento controlado, este

aquecimento fará com que haja um

rearranjo dos cristais deformados

plasticamente, diminuindo a dureza

dos mesmos

31 E le a n i M a ri a da C o s ta -P G E T E MA /P U C R

S

MECANISMO QUE OCORRE NO

AQUECIMENTO DE UM MATERIAL

ENCRUADO

ESTÁGIOS:



Recuperação



Recristalização



Crescimento de grão

32 E le a n i M a ri a da C o s ta -P G E T E MA /P U C R

S

MECANISMO QUE OCORRE NO

AQUECIMENTO DE UM MATERIAL

ENCRUADO

33 E le a n i M a ri a da C o s ta -P G E T E MA /P U C R S

RECUPERAÇÃO



Há um alívio das tensões internas

armazenadas durante a deformação

devido ao movimento das discordâncias

resultante da difusão atômica



Nesta etapa há uma redução do número de

discordâncias e um rearranjo das mesmas



Propriedades físicas como condutividade

térmica e elétrica voltam ao seu estado

original (correspondente ao material

não-deformado)

34 E le a n i M a ri a da C o s ta -P G E T E MA /P U C R S

RECRISTALIZAÇÃO



Depois da recuperação, os grãos ainda

estão tensionados



Na recristalização os grão se tornam

novamente equiaxiais (dimensões iguais

em todas as direções)



O número de discordâncias reduz mais

ainda



As propriedades mecânicas voltam ao seu

estado original

35 E le a n i M a ri a da C o s ta -P G E T E MA /P U C R S

RECRISTALIZAÇÃO

Pode-se refinar o grão

de uma liga monofásica

mediante deformação

plástica e recristalização

Forma-se um novo

conjunto de grãos que

são equiaxiais

36 E le a n i M a ri a da C o s ta -P G E T E MA /P U C R S

CRESCIMENTO DE GRÃO



Depois da recristalização se o

material permanecer por mais

tempo em temperaturas elevadas o

grão continuará à crescer



Em geral, quanto maior o tamanho

de grão mais mole é o material e

menor é sua resistência

37 E le a n i M a ri a da C o s ta -P G E T E MA /P U C R

S

Crescimento de grão por

difusão

Pode-se refinar o grão de uma liga monofásica mediante deformação plástica e recristalização

38 E le a n i M a ri a da C o s ta -P G E T E MA /P U C R

S

_{Dependência do tamanho de grão}

39 E le a n i M a ri a da C o s ta -P G E T E MA /P U C R S

TEMPERATURAS DE

RECRISTALIZAÇÃO



A temperatura de recristalização é

dependente do tempo



A temperatura de recristalização

está entre 1/3 e ½ da temperatura

de fusão

40 E le a n i M a ri a da C o s ta -P G E T E MA /P U C R S

TEMPERATURAS DE

RECRISTALIZAÇÃO



Chumbo

- 4C



Estanho - 4C



Zinco

10C



Alumínio de alta pureza

80C



Cobre de alta pureza

120C



Latão 60-40

475C



Níquel

370C



Ferro

450C

41 E le a n i M a ri a da C o s ta -P G E T E MA /P U C R S

DEFORMAÇÃO À QUENTE E

DEFORMAÇÃO À FRIO



Deformação à quente:

quando a

deformação ou trabalho mecânico é

realizado acima da temperatura de

recristalização do material



Deformação à frio:

quando a

deformação ou trabalho mecânico é

realizado abaixo da temperatura de

recristalização do material

42 E le a n i M a ri a da C o s ta -P G E T E MA /P U C R S

DEFORMAÇÃO À QUENTE

VANTAGENS

 Permite o emprego de menor esforço mecânico para a mesma deformação (necessita-se então de máquinas de menor capacidade se comparado com o trabalho a frio).

 Promove o refinamento da estrutura do material, melhorando a tenacidade

 Elimina porosidades

 Deforma profundamente devido a recristalização

DESVANTAGENS:

 Exige ferramental de boa resistência ao calor, o que implica em custo

 O material sofre maior oxidação, formando casca de óxidos

43 E le a n i M a ri a da C o s ta -P G E T E MA /P U C R S

DEFORMAÇÃO À FRIO



Aumenta a dureza e a resistência dos materiais,

mas a ductilidade diminui



Permite a obtenção de dimensões dentro de

tolerâncias estreitas