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Classificação das Imperfeições
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Classificação das ImperfeiçõesPontuais
• Vacâncias, Lacunas• Impurezas intersticiais e substitucionais
Em linhas• Discordâncias
Planares ou de Superfície• Interface• Fronteira entre grãos ou fases
Volumétricos• Inclusões• Precipitados• Porosidade
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Defeitos Pontuais
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Defeitos pontuais: (a) lacuna, (b) átomo intersticial, (c) átomo substitucional pequeno, (d) átomo substitucional grande, (e) defeito de Frenkel, (f) defeito de Schottky. Todos estes defeitos perturbam o“perfeito”arranjo atômico dos átomos vizinhos.
Defeitos Pontuais
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Concentração de Vacâncias
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Concentração de Vacâncias
• Para formar defeitos é necessário dispor de energia• O número de vacâncias aumenta exponencialmente com atemperatura
Nv = número de lacunas/vacâncias por cm 3N = número de átomos por cm 3Qv = energia para se produzir um mol de vacâncias (cal/mol ou J/mol)R = constante do gás ou Baoltzmann = 1,987 cal/mol.K; 8,31J/mol.K;
1,38x10-23 J/atm.K ou 8,62x10-5 eV/átomo.KT = temperatura em K.
N v = N−
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N v = N−
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Kassim S. Al-Rubaie, Ph.D.
Impurezas
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Nas Ligas os átomos de impurezas são adicionadas com
intuito de conferir características específicas aos materiaiscomo, por exemplo, para aumentar :a resistência mecânicaa resistência à corrosãoa condutividade elétrica
p
Impurezas Intersticiais
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Impurezas Intersticiais
Impurezas Intersticiais
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Impurezas Intersticiais
- Aços baixo cabono
- Bandas de Luders
- Presença de C e Nem solução sólida
Impurezas Substitucionais
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Impurezas Substitucionais
Para ocorrer os elementos devemrespeitar ao máximo as regras deHome-Rothery
Regra de Home Rothery
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Regra de Home-Rothery• Raio atômico → deve ter diferença de raio
atômico de no máximo 15%, caso contráriopode promover distorções na rede e assim
formação de nova fase• Estrutura cristalina → deve ser a mesma,
caso contrário, surge uma nova fase, pois olimite de solubilidade é pequeno• Eletronegatividade → próximas, diferente eletronegatividade
tende a é formar novos compostos• Valência → mesma ou maior que a do hospedeiro, a diferença
nos elétrons de valência incentiva a formação de compostos emvez de solução
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Solução Sólida
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ç
Principais elementos de liga do aço, as concentraçõessão dadas em %
Solução Sólida – Posições intersticiais
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ç ç
Rede: CFC
Posição: Octaédrica Posição: Tetraédrica
Solução Sólida – Posições intersticiais
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ç ç
Rede: CCC
Posição: Octaédrica Posição: Tetraédrica
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Discordância em cunha ou aresta
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(a) o cristal é cortado e um meio plano atômico extra é inserido (b) . Aextremidade da parte inferior do plano extra é uma discordância em cunha (c) .O vetor de Burgers b é necessário para fechar um circuito de igual espaçamento atômico ao redor da discordância .
Zona de compressão
Zona de tração
Discordância em hélice ou espiral
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O cristal perfeito (a) é cortado ecisalhado em um espaçamentointeratômico, (b) e (c) . A linha aolongo da qual ocorre o cisalhamento éuma discordância em hélice . Umvetor de Burgers b é requerido para
fechar o circuito de igual espaçamento interatômico ao redor da discordância.
Discordância mista
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Vetor de Burger (B)
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Corresponde à distância de deslocamento dos átomos aoredor da discordância
Discordância vista em MET (microscópio
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Eletrônico de Transmissão)
Liga de Ti – 51.500x
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Defeitos Planares: Contorno de Grão
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• Há um empacotamento ATÔMICO menos eficiente
• Há uma energia livre maiselevada
• Favorece a nucleação denovas fases (segregação)
• Favorece a difusão
Defeitos Planares: Contorno de Grão
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o São possíveis vários graus de desalinhamento
cristalográfico entre grãos adjacenteso Contorno de Pequeno Ângulo: Ocorre quando a
desorientação dos cristais é pequena
Alto ângulo
Baixo ângulo
Defeitos Planares: Contorno de Grão
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O tamanho de grão é controlado• Composição química• Taxa (velocidade) de resfriamento na fusão
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Ex 15.1: Uma liga de cobre e zinco tem as seguintes
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propriedades. Determine:Diâmetro do grão
(mm)Limite de
Escoamento (MPa)0,015 1700,025 1580,035 1510,050 145
a) As constantes de Hall-Petchb) O tamanho de grão
necessário para obterum limite de
escoamento de 200MPa
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Defeitos Planares: Contorno de macla (Twin)
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• A macla ocorre num plano definido e numa direção específica,dependendo da estrutura cristalina
• É um tipo especial de contorno de grão com simetria
específica em espelho da rede cristalina.
Defeitos Planares: Contorno de macla (Twin)
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O seu aparecimento está geralmenteassociado com a presença de:- Deformações mecânicas- Tratamentos térmicos
- Impurezas
Contornos de macla emlatão 70/30 (MO-250X)
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Defeitos Planares: Interfaces (fronteirasentre fases)
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entre fases)
Exemplos de interfaces:(a) um precipitado não-coerente não possui relação com a estrutura
cristalina da matriz metálica;(b) um precipitado coerente se forma de modo a preservar a integridadeda rede cristalina. Existe relação entre a estrutura do precipitado eda matriz metálica.
Imperfeições volumétricas
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- Inclusões → Impurezas estranha- Precipitados → são aglomerados de partículas cuja
composição difere da matriz- Porosidade → origina-se devido a presença ou
formação de gases ou não compactação do material- Fases → devido à presença de impurezas
(ocorre quando o limite de solubilidade é ultrapassado)
• São introduzidas no processamento do material e/ouna fabricação do componente
Inclusões
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inclusões de óxido de cobre (cu 2o) emcobre de alta pureza (99,26%)
laminado a frio e recozido a 800°c .
inclusões de Alumínio em aço baixo
carbono desoxidado ao alumínio
inclusões de escória em ferro cinzento
Precipitados
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Precipitados de ZrO 2 em amostra de alumina
Precipitados de Cementita(Fe 3 C) em aço ligado
ZrO2
Porosidade
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Compactado de pó de ferroapós sinterização
A 1150°c, por 120min ematmosfera de H2
Porosidade em
amostra polimérica
Fase
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Difusão - Introdução
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Assim como a corrente elétrica está associada ao
transporte de cargas elétricas através de um fio condutor quando está sujeito a uma diferença de potencial elétrico,
a DIFUSÃOestá associada ao transporte de massa que
ocorre em um sistema quando nele existe diferença depotencial termodinâmico que pode ser proporcional à
diferença de concentração química, quando o sistema está
em equilíbrio.
Tipos de Difusão
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Autodifusão → ocorre em cristais puros. Nesse casonão há variação na concentração
Tipos de Difusão
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Interdifusão → (é o mais comum) ocorre quando átomos deum metal difunde em outro. Nesse caso há variação naconcentração
Espaço
LivreEnergia
Tempo
Mecanismos de Difusão – Por Lacunas
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Observada em impurezas substitucionais;
Átomos trocam de posição com as lacunas;
A taxa de difusão depende do número de vazios e daenergia de ativação para troca de posição;
O número delacunas aumentacom a temperatura;
Mecanismos de Difusão - Intersticial
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Os átomos intersticiais migram para posições intersticiais
adjacentes não ocupadas do reticulado.
Observadas em impurezascomo H, C, N, O
Ocorre mais rapidamenteque a difusão de lacuna;
A probabilidade demovimento intersticial é
maior que a difusão devacâncias .C é 109 x mais rápido queautodifusão de Fe
Caminhos para difusão
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• A movimentação de átomos pode ocorrer:
1) No volume do material: emvacâncias ou interstícios2) Ao longo de defeitos lineares: discordâncias3) Ao longo de defeitos bidimensionais:contornos de grão ,superfícies externas .
• A movimentação de átomos pelos defeitos cristalinos émuito mais rápida que pelo volume.
Aplicação de difusão - SinterizaçãoT t t lt t t it iã d
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Tratamento em altas temperaturas que permite a união departículas sólidasReduz gradualmente o volume de poros entre elas.Fabricação de peças metálicas e cerâmicasMetalurgia do pó
Aplicação de difusão – Crescimento deGrão
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GrãoObtêm-se uma menor energia global do material caso a
quantidade dos contornos de grãos seja reduzida pelocrescimento de grãos.
Os grãos maiores cresçem à custas do menores.
Aplicação de difusão –Transformação de fases
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As transformações de fases nos materiais dependemdos processos difusionais.
ç
Precipitação de fasenos contornos de grão
Ferro Fundido nodularMatriz Ferrítica
Lembretes
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