deformaÇÃo plÁstica dos metais
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DEFORMAÇÃO PLÁSTICA DOS METAIS
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• Quando a tensão supera a de escoamento iniciam-se as rupturas das ligações químicas e os movimentos atômicos no interior dos materiais.
• Essa deformação é permanente e não modifica o reticulado atômico já que os movimentos são sempre de um número inteiro de parâmetros de rede
• Como os átomos tem uma tendência a rolarem uns sobre os outros, são os esforços de cisalhamento os responsáveis pelos movimentos atômicos.
• Desta forma mesmo os esforços externos sendo de tração ou compressão, as tensões responsáveis pela deformação plástica serão as de cisalhamento
• No caso dessas forças, as tensões de cisalhamento responsáveis pela deformação serão componentes desses valores externos.
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• Observou-se que a força necessária na prática, para se fazer um plano escorregar sobre outro era 20 X menor que o valor teórico calculado.
• Isso se deve a presença de um defeito em linha que todos os materiais cristalinos possuem chamado de discordâncias
• As discordâncias são planos incompletos de átomos gerados no momento da cristalização devido a má formação dos planos vizinhos
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Discordância em cunha ou de aresta: Imperfeição em linha
• (a) Um cristal perfeito;• (b) Um plano extra é
inserido no cristal (a);• O vetor de Burgers ḃ
equivale à distância necessária para fechar o contorno formado pelo mesmo número de átomos ao redor da discordância de aresta.
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Imperfeições Cristalinas em Linha -Discordâncias em Hélice
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Há dois tipos de discordãncias, a em cunha (a) e a helicoidal (b) ou em espiral. Quando as duas aparecem juntas no material tem-se as
discordâncias mistas ou combinadas
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Características das discordâncias: Geram tensões de tração e compressão no reticulado próximo, além disso podem se repelir (a) ou se anular (b)
dependendo da localização dessas forças.
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Sistemas de escorregamento
• As discordâncias se movem preferencialmente em direções e planos de maior densidade atômica entre as existentes no sistema cristalino. Ao lado um plano de escorregamento e suas 3 direções possíveis dentro desse plano para o sistema C.F.C..
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Um dos planos de escorregamento e uma direção de escorregamento para o sistema C.C.C.
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Número de sistemas de escorregamento e sua influência na deformabilidade dos metais
• Os metais com estrutura C.F.C. tem 12 sistemas de alta densidade atômica.Ex:Cu, Al, Pb, Ag Au etc...
• Os metais C.C.C. tem 48 sistemas mas com menor densidade atômica. De maneira geral, esses metais deformam menos até a ruptura que os metais C.F.C.Ex:Fe α, Mo, W, Cr Nb
• Os metais HC possuem planos de alta densidade atômica mas em número apenas de 3, o que os torna materiais normalmente frágeis.
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Escorregamento em monocristais
• O mecanismo de escorregamento e de deformação plástica, pode ser, inicialmente, mais facilmente entendido em monocristais podendo-se depois extrapolá-lo para policristais.
• As forças causadoras da def. plástica são de cisalhamento mas muitas vezes as forças externas são de tração ou compressão como já foi dito. A intensidade da força de cisalhamento atuante sobre os planos dependerá da força externa e dos ângulos dessa força em relação ao plano e a direção de escorregamento.
• Quando qualquer dos ângulos forem 90º a força de cisalhamento responsável pelo escorregamento será nula. Se forem de 45º será máxima. A soma dos ângulos não são em geral 90º uma vez que a força e as duas direções não necessitam estar contidas em um mesmo plano.
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Deformação plástica em materiais policristalinos
• O escorregamento é mais complexo devido ao grande número de grãos com orientações diferentes
• Cada grão possuirá planos e direções de escorregamentos com ângulos distintos dos vizinhos, mesmo se tratando do mesmo sistema de escorregamento. (orientações cristalinas diferentes em cada grão)
• Quando se supera a tensão de escoamento inicia o movimento das discordâncias nos grãos melhores orientados com a tensão externa aplicada em relação ao sistema de escorregamento preferencial.Os grãos vizinhos, não tão bem orientados, terminam dificultando a deformação do primeiro. Além das dificuldades das discordâncias passarem pelos contornos de grão. Essas restrições fazem dos materiais policristalinos, materiais mais resistentes que os monocristais.
• A deformação generalizada causa distorções também nos grãos indicando o sentido da deformação.
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Efeito do contorno de grão na resistência dos materiais
• Quando uma discordância encontra um contorno de grão ela tem que mudar de direção já que o sistema de escorregamento também muda. Além disso a região do contorno (de 2 a 10 Å) é conturbada onde os átomos não tem uma organização definida.
• Assim quanto menores os tamanhos de grão mais contornos estarão no caminho das discordâncias necessitando de mais força de cisalhamento sobre os planos para realizar a deformação plástica. O material fica mais resistente.
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Encruamento nos metais
• Quando se deforma um metal em baixas temperaturas ( trabalho a frio) ele se torna mais duro e mais resistente ao mesmo tempo em que se torna menos dútil ou mais frágil.
• %Tf= (Ao – Af / Ao) x 100
• O encruamento é explicado pela interação dos campos de deformação das discordâncias, que são aumentadas pela deformação, exigindo cada vez mais força para seguir deformando.
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Recuperação, recristalização e crescimento de grão
• Para anular os efeitos do encruamento e voltar a ter as propriedades anteriores à deformação plástica deve-se fazer um tratamento térmico chamado de recozimento para recristalização que possui 3 etapas:
• Recuperação: ocorre um alívio de parte das tensões internas.
• Recristalização: (temperatura entre1/3 e 1/2 da temperatura absoluta de fusão, em K ) Nucleiam novos grãos no material com a forma anterior à deformação e as propriedades mecânicas voltam aos valores originais
• Crescimento de grãos: Após a recristalização estar completa, os novos grãos continuarão a crescer, prejudicando as propriedades mecânicas e a resistência ao choque
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Influencia da temperatura de recristalização
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Influência do percentual de trabalho a frio na temperatura de recristalização
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Temperatura de recristalização (temperatura em que o material recristaliza em 1 hora) e de fusão
para diversos metais e ligas
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Tipos de conformação mecânica
• Deformação a frio: Ocorre em temperatura abaixo da temperatura de recristalização do metal ou da liga. Nesse tipo de conformação há mudanças das propriedades (encruamento). A precisão dimensional e melhor e o acabamento superficial também.
• Exemplos: Laminação, trefilação, estampagem
• Deformação a morno:• Ocorre a temperatura superior a
de recuperação evitando uma parte das tensões residuais geradas pelo processo. No entanto há encruamento.
• Deformação a quente:• Ocorre a temperaturas superiores
a temperatura de recristalização. Não há encruamento (o material recristaliza instantaneamente) o que permite grandes deformações e com menores esforços.
• Exemplos: Laminação, forjamento, extrusão.
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Dobramento
Forjamento
Laminação
Trefilação
EmbutimentoProfundoEstiramento
Matriz
Cisalhamento
ExtrusãoExtrusão
Vários processos de conformação mecânica que envolvem
deformação plástica
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Laminação de metais
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Deformação por maclação• Maclas podem ser causadas por deformações
do material, por tensões térmicas ou mecânicas;
• Maclas de deformação ocorrem em metais que possuam estruturas cristalinas C.C.C. ou HCp a baixas temperaturas e a taxas elevadas de carregamento (cargas de impacto), quando existem poucos sistemas de escorregamento operacionais. A formação da macla pode gerar novos sistemas operacionais.
• Ligas com memória de forma:
– Esse defeito é observado em materiais com memória de forma, que podem recuperar sua forma original quando expostos a uma fonte de calor;
– As maclas desaparecem quando estes materiais são deformados e ressurgem quando são aquecidos a altas temperaturas, recuperando sua forma original.
– Correspondem a um percentual pequeno da deformação total
– Ao lado maclas em peça de bronze