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[7] Defeitos cristalinos
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Ligações atômicas propriedades
resistência teórica resistência experimental (monocristais)
causa da discrepância defeitos cristalinos
Ponto
• Defeitos cristalinos Linha
Superfície
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Classificação dos defeitos pontuais:
lacunas intersticial
Schottky(iônicos)
Frenkel(iônicos)
substitucional(pequeno)
substitucional(grande)
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Concentração de defeitos pontuais:Energia de ativação
[eV/átomo]
Temperatura [K]
Constante de Boltzmann8,62·10-5 eV/(átomo·K)
Número de defeitos
Número de sítios(posições de rede)
Exemplo: calcule a quantidade de lacunas em 1m3 de cobre a 1000˚C.
ND = 2,7·10-4 · 8,0·1028
ND = 2,2·1025 lacunas
Átomos/molÁtomo
Átomo
Átomo.KsítiosP/
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Solução sólida substitucional – exemplos:
1) Rubi: contaminação do Al2O3-α por Cr2O3
2) Safira: contaminação do córindon por íons Co3+
3) Semicondutor P: silício dopado com boro (3e)4) Semicondutor N: silício dopado com fósforo (5e)
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Solução sólida substitucional: ligas metálicasCobre + zinco (latão)Cobre + níquel (monel)
Cobre + estanho (bronze)
Limite de solubilidade: depende do valência, tamanhoe estrutura cristalina dos átomos envolvidos
Solução sólida substitucional:Porcentagem em peso (%p)Porcentagem atômica (%at)
Exemplo: Uma liga Pb-Sn para “soldagem” contém aproxi-madamente 60% peso de estanho. Calcule as % atômicas.Dados: massa atômica – Sn = 118,7g/mol; Pb = 207,2g/molBase de cálculo: 100g de liga – 60g de Sn e 40g de PbEstanho (Sn)
Chumbo (Pb)
Total de átomos:
Sn (%at) = Pb (%at) =
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)1002,6(1930,0)1002,6(2,207
40 2323 ⋅⋅=⋅⋅
)1002,6(5055,0)1002,6(7,118
60 2323 ⋅⋅=⋅⋅
)1002,6(6985,0)1002,6()1930,05055,0( 2323 ⋅⋅=⋅⋅+
724,06985,05055,0
= 276,06985,01930,0
=
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Solução sólida intersticial:ocupação de vazios na célula unitária
Exemplo: átomos de carbono em ferro
Solubilidade máxima C na ferrita a 723°C: 0,02%p
Interstíciostetraédricos
CCC
Interstíciosoctaédricos
CCC
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Solução sólida intersticial:ocupação de vazios na célula unitária
Exemplo: átomos de carbono em ferro
Solubilidade máxima C na austenita a 1150°C: 2,0%p
Interstíciosoctaédricos
CFC
Interstíciostetraédricos
CFC
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Defeitos de linha (discordâncias): define em um planoatômico específico a interface entre uma região deformadae outra não deformada.
Vetor de Burgers (b): define a movimentação dos planos atômicos segundo um sistema de deslizamento
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Discordâncias: Vetor de Burgers (b): define o deslocamento entre planos atômicos
cunha ou aresta: vetor de Burgers ⊥ discordância
hélice ou helicoidal: vetor de Burgers // discordância
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Discordâncias: Vetor de Burgers (b): define o deslocamento entre planos atômicos
cunha ou aresta: vetor de Burgers ⊥ discordância
hélice ou helicoidal: vetor de Burgers // discordância 11>
Vetor de Burgers, b
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Falhas de empilhamento – metais CFC / HC
falhas de empilhamentoDefeitos de superfície: contornos de macla
contornos de (sub)grão
CFC: ABCABC...
HC: ABABA...
Descontinuidadena sequência de
empilhamento dos planos compactos =
falha de empilhamento(stacking fault)
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Contornos de macla: CCC: (112)[111]CFC: (111)[112]HC: (1012)[1011]
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microestrutura de liga Cu-Zn
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Contornos de subgrão: pequeno desajuste cristalográfico entre regiões vizinhas,resultante do alinhamento de discordâncias
D = b/θ
b
θ
Grão 1
Grão 2
CSG
CSG em cristalde germânio
(1000X)
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Contornos de grão: grande desajuste cristalográfico entre regiões vizinhas
aplicação de inoculantes emfundidos de alumínio para
evitar macrogrãos
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Contornos de grão: revelação por ataque metalográficoobservação por microscópio ótico
longitudinal transversal normal
Revelação damicroestrutura
por microscopiaótica
Microestrutura ferrítico-perlítica em umatira a quente comercial (aço ARBL)
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Bibliografia:
Van Vlack, L. H. Princípios de Ciência dos Materiais. Ed. Edgard Blucher, São Paulo, 1970, pp. 79-102.
Guy, A. G. Ciência dos Materiais. LTC/Edusp, São Paulo, 1980, pp. 139-158.
Dieter, G. E. Metalurgia Mecânica. Guanabara Dois, Rio de Janeiro, 1981, pp. 92-129.
Notas de aula preparadas pelo Prof. Juno Gallego para a disciplina Materiais de Construção Mecânica I.® 2009. Permitida a impressão e divulgação. http://www.dem.feis.unesp.br/cadernetaeletronica/gallego/