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Defeitos/Imperfeições

cristalinos

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Defeitos cristalinos

- lacunas

- interstícios

- átomos estranhos:

-substitucionais

- intersticiais

Número de lacunas em equilíbrio: Existe um número de lacunas em equilíbriopara cada temperatura. Este número aumenta exponencialmente com atemperatura, de acordo com lei de Arrhenius:

Defeitos pontuais:

)/exp( RTQNN vv

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Defeitos de linha:

São as discordâncias; podem ter

caracter em aresta, em espiral ou

mista. A discordância possui um vetor

de burguers (b), o qual tem o módulo

do deslocamento em um átomo

provocado pelo defeito.

Espiral

Aresta

Mista

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Discordância em aresta ou cunha, corresponde à presença de um semi-

plano de átomos extra (termina em B).

Linha da discordância é perpendicular ao vetor de Burgers

Defeitos de linha

Determinação do vetor de Burgers da discordância.

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Defeitos de linha

Discordâncias em aresta, o vetor b é perpendicular à linha da discordância

Discordâncias em espiral, o vetor de burguers é paralelo a linha da discordância.

Discordância em espiral.Discordância em aresta

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b

Linha da discordância

(anel de discordância)

Discordância espiral

b//linha da

discordância (A)

Discordância em aresta

b ┴ linha da

discordância (B)

Defeitos de linha:

Região deformada

Região não deformada

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Defeitos de linha:

Distorção na

rede provocada

pela presença

de uma

discordância

em aresta

Campo de tensões decorrente da

presença de uma discordância

Discordância

mista

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Deslizamento de uma discordância em aresta forma um degrau decomprimento igual ao vetor b ao final do seu deslizamento.

Simplificação: a soma de múltiplos degraus compõe a deformação plásticatotal do metal.

O mesmo efeito pode ser produzido pelo deslizamento de uma discordância

em espiral

Defeitos de linha:

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Uma tensão cisalhante atuando no plano e direção de deslizamento provoca amovimentação das discordâncias.

Mesmo que a tensão aplicada ao material seja uma tensão normal, ela vai possuiruma componente cisalhante que atua no plano da discordância.

Defeitos de linhaMovimento das discordâncias

Quando a tensão cisalhanteatingir um valor crítico (c), adiscordância começa a semovimentar no plano e nadireção.

O valor crítico c depende domaterial e do sistema dedeslizamento considerado(plano e direção),.

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Metais CFC (deslizamento cruzado)

Planos de deslizamento

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contorno de grão - separa duas regiões de orientações cristalográficasdiferentes no material.

Defeitos de superfície:

Contorno

de grão

de alto

angulo

Contorno de

grão de

baixo angulo

Os contornos de grão são criados durante a solidificação do material ou durante

processos de deformação e recristalização.

O contorno de grão é uma região de alta energia, devido à sua alta densidade de

defeitos cristalinos.

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Contornos de grão

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Defeitos de superfície

contornos de grão - regiões repletas de defeitos cristalinos (lacunas ediscordâncias)

Constituem obstáculos ao deslizamento de discordâncias responsável peladeformação plástica e à propagação de trincas.

Quanto mais contornos de grão, mais resistente à deformação e mais tenazfica o material metálico.

O refino de grãos constitui um eficiente mecanismo de aumento daresistência e da tenacidade.

Difusão pelos contornos de grão - mais rápida, devido à alta densidade de lacunas.

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contornos de macla/ macla - região onde os átomos apresentam umasimetria de espelho em relação ao contorno

Resultam de deslocamentos atômicos produzidos por força mecânica (maclasde deformação) ou pelo recozimento (maclas de recozimento).

Defeitos de superfície

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Falhas de empilhamento - comuns nos materiais cúbicos de faces centradas(CFC).

Ocorrem quando, em uma pequena região do material, há uma falha na sequênciade empilhamento dos planos compactos.

Nos cristais CFC esta sequência é do tipo ABCABCABC...,

Nos cristais hexagonais compactos (HC) ela é ABABAB...

Uma sequência ABCABABCABC... em uma região do cristal CFC, caracteriza umafalha de empilhamento, que vem a ser uma pequena região HC dentro do cristalCFC.

Defeitos de superfície

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Falhas de empilhamento - podem surgir nos cristais CFC devido a dissociação dediscordâncias parciais.

O deslizamento no sistema CFC ocorre nos planos {111} segundo as direçõessupercompactas <110> destes planos. Entretanto, ocorre um “ganho energético” sea discordância se dissociar em duas para fazer este deslizamento: primeiro passapara um plano (110) superior e depois retorna ao plano (111) original. Gera-seassim uma falha de empilhamento entre as duas discordâncias parciais.

Defeitos de superfície

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Falhas de empilhamento são geradas durante a deformação plástica.

Um metal CFC terá mais ou menos falhas de empilhamento de acordo com

a sua energia de falha de empilhamento (E.F.E.) - um parâmetro sensível

à composição química

A E.F.E. é uma tensão superficial que age no sentido de recombinar as

parciais e eliminar as falhas. Mas também existe, em outro sentido, a força

de repulsão entre as duas parciais.

Metais com baixa EFE desenvolvem grandes e numerosas falhas de

empilhamento no encruamento, e têm características mecânicas diferentes

dos metais com alta EFE.

Defeitos de superfície

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As falhas de empilhamento influem de forma marcante nascaracterísticas mecânicas dos materiais metálicos.

Discordâncias dissociadas não podem realizar um movimentoimportante, que é o deslizamento cruzado.

Assim, metais CFC com baixa energia de falha de empilhamento têmgrande densidade de falhas, e costumam apresentar as seguintescaracterísticas:

- Produzem arranjos planares de discordâncias no encruamento;

- Possuem alta expoente de encruamento (n);

- Possuem resistência à fluência, ou seja, ao amolescimento com a temperatura;

Defeitos de superfície

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Interação entre imperfeições

cristalinas

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Defeitos pontuais:

- Lacunas difusão transformações de fase

- Lacunas, interstícios e átomos soluto abaixam a condutividade

elétrica e térmica

- Átomos soluto provocam endurecimento por solução sólida

Defeitos de linha (discordâncias)

Deslizamento de discordâncias nos planos atômicos mais densos permiteque o metal se deforma plasticamente.

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Mecanismos de endurecimento

O que são mecanismos de endurecimento?

- Obstáculos a movimentação das discordâncias que

provocam um aumento da resistência mecânica do

metal

Quatro mecanismos de endurecimento:

- Solução sólida

- Precipitação/Partículas de segunda fase

- Refino de grão

- Encruamento

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Movimento de uma discordância

Anel de

discordância

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Mecanismos de endurecimento

Solução sólida

Átomos de soluto ocupam lugares da rede cristalina de um

dado metal;

Estes átomos provocam distorção na rede; para minimizar

a energia do material procuram lugares onde se

acomodam mais facilmente => junto a discordâncias....

Dificuldade de

movimentar

discordâncias

Aumento da

resistência

do material

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Efeito da dimensão do átomo de

soluto

Interação do átomo

de soluto com as

discordâncias

Mecanismos de endurecimento

Solução sólida

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Mecanismos de endurecimento

Acomodação dos átomos de

soluto e Interação com as

discordâncias

SS substitucional SS intersticial

Solução sólida

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Mecanismos de endurecimento

Precipitação/Dispersão de partículas de segunda fase

O material exibe uma segunda fase, isto região com

composição e características distintas, dispersa na matriz.

Provocarem distorção na rede;

As discordâncias vão ter dificuldade em se movimentar

através destas partículas (ex: carbonetos)

Dificuldade de

movimentar

discordâncias

Aumento da

resistência

do material

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Mecanismos de endurecimento

Precipitação/Dispersão de partículas de segunda fase

Precipitação

Dependência do tipo

de precipitado

Aumenta

resistência

Diminuiu

resistência

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Dispersão

Introdução de finas partículas de óxidos em uma matriz

(moagem de alta energia)

Mecanismos de endurecimento

Interação partículas-discordâncias

Precipitação/Dispersão de partículas de segunda fase

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Mecanismos de endurecimento

Dificuldade de

movimentar

discordâncias

Aumento da

resistência

do material

Contornos de grão

Regiões que apresentam distorção na rede atrapalhando a

movimentação das discordâncias

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Mecanismos de endurecimento

Contornos de grão

Contorno

de grão

de alto

angulo

Contorno de

grão de

baixo angulo

Efeito do tipo de contorno de grão

Grão refinado => maior resistência

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Mecanismos de endurecimento

Encruamento

A multiplicação do número de discordâncias durante a

deformação de um metal reduz o caminho livre entre

discordâncias, isto é, sua movimentação é reduzida

Dificuldade de

movimentar

discordâncias

Aumento da

resistência

do material

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Sistemas primários de deslizamento: planos e direções mais compactos de umadada estrutura cristalina

Estes são os sistemas que são acionados num processo de deformação plástica.

Deformação

plástica

número de

discordâncias é

multiplicado por

algumas ordens

de grandeza

discordâncias

passam a

interagir entre si

e o

deslizamento se

torna mais

difícil, exigindo

maior tensão.

aumento da

tensão

necessária

para deformar

o material

devido ao

aumento da

deformação

recebe o nome

de

encruamento.

Movimento das discordâncias

Mecanismos de endurecimento

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Mecanismos de endurecimento

Multiplicação de discordâncias

Aumento da

resistência mecânica

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Movimento de discordâncias a alta temperatura:

Escalonamento de discordâncias

Mecanismo controlado por difusão

Muito importante

em fluência

Interação entre lacunas e discodâncias

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Mecanismos de endurecimento

Esquematizar curvas tensão-deformação:

1. Latão vs Cu puro

2. Latão encruado vs Latão recristalizado

3. Al puro vs Liga Al encruada vs liga de Al

Quais destes mecanismos permanecem

ativos a temperaturas elevadas?

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Difusão

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Movimentação dos átomos: interação átomo/lacuna

Difusão

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Energia de difusão

Difusão

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Difusão

Difusão substitucional

- átomos trocam de lugares com as lacunas

Taxa de difusão depende:

n. de lacunas

energia de ativação para a troca

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Difusão

Difusão intersticial

- mais rápida do que a difusão das lacunas

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Auto difusão ocorre em ligas homogêneas que não se tem um gradiente de

concentração

Difusão

Auto-difusão

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Difusão

Auto-difusão

Metal puro

Liga metálica

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Difusão

Exemplo: Recristalização

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Difusão

Presença de gradientes de concentração - Interdifusão

O que determina se a partícula migra para a direita ou para a esquerda?

Cada partícula sabe a sua concentração “local”?

→Cada partícula tanto pode se movimentar para a esquerda como para a

direita

→Nas interfaces vão existir mais partículas migrando para a direita do

que para a esquerda-> fluxo médio de partículas para a direita

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Difusão

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Interdifusão: os átomos tem tendência a migrar das regiões de maior

concentração para as de menor concentração

Difusão

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Difusão

Exemplo: Cementação

Carbono difunde do meio para o

interior da peça

Átomos de carbono reduzem a

movimentação dos planos e geram tensões

compressivas