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Discordâncias e Mecanismos de Aumento de
Resistência
Profª Janaína Araújo
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DISCORDÂNCIAS
A capacidade de um material se deformar plasticamente está relacionado com a habilidade das
discordâncias se movimentarem
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Deformação Plástica
Como a maioria dos metais são menos
resistentes ao cisalhamento que à tração e
compressão, 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
movimento de discordâncias.
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Discordâncias e Deformação Plástica
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 e o movimento de discordâncias;
A resistência Mecânica pode ser aumentada
restringindo-se o movimento das discordâncias.
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Movimento de Discordâncias
Plano de escorregamento
Direção de escorregamento
Uma distância interatômica
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Movimento de Discordâncias em Cunha e em Hélice
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7Características das Discordâncias
Quando os metais são
deformados plasticamente
cerca de 5% da energia é
retida internamente, o restante
é dissipado na forma de calor;
A presença de discordâncias
promove uma distorção da
rede cristalina de modo que
certas regiões sofrem tensões
compressivas e outras, tensões
de tração.
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Interação de Discordâncias
ATRAÇÃO
REPULSÃO
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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.
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Mecanismos de aumento de resistência dos metais
Aumento da resistência por adição de elemento
de liga (formação de solução sólida ou
precipitação de fases);
Aumento da resistência por redução do tamanho
de grão;
Aumento da resistência por encruamento;
Aumento da resistência por tratamento térmico
(transformação de fase.
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Interação de Discordâncias em Soluções Sólidas
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.
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Deformação Plástica em Materiais Policristalinos
Devido as diferentes orientações cristalinas
presentes, resultantes do grande número de
grãos, as direções de escorregamento das
discordâncias variam de grão para grão.
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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.
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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;
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Encruamento ou Endurecimento pela Deformação à Frio
A medida que se aumenta o encruamento maior
é a força necessária para produzir uma maior
deformação;
O encruamento pode ser removido por
tratamento térmico (recristalização).
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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
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Encruamento e Microestrutura
Antes da deformação
Depois da deformação
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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
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Mecanismo que Ocorre no Aquecimento de um Material Encruado
ESTÁGIOS:
Recuperação;
Recristalização;
Crescimento de grão.
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20
Ex: Latão
Mecanismo que Ocorre no Aquecimento de um Material Encruado
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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).
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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.
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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
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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.
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Temperaturas de Recristalização
Chumbo - 4CEstanho - 4CZinco 10CAlumínio de alta pureza 80CCobre de alta pureza 120CLatão 60-40 475CNíquel 370CFerro 450CTungstênio 1200C
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Deformação a Quente e Deformação a Frio
Deformação a quente:
◦quando a deformação ou trabalho mecânico é
realizado acima da temperatura de
recristalização do material;
Deformação a frio:
◦quando a deformação ou trabalho mecânico é
realizado abaixo da temperatura de
recristalização do material.
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Deformação a Quente
Vantagens:
◦Permite o emprego de menor esforço mecânico
para a mesma deformação;
◦Promove o refinamento da estrutura do material,
melhorando a tenacidade;
◦Elimina porosidades;
◦Deforma profundamente devido a recristalização
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28Deformação a Quente
Desvantagens:
◦Exige ferramental de boa resistência ao calor, o que
implica em custo;
◦O material sofre maior oxidação, formando casca
de óxidos;
◦Não permite a obtenção de dimensões dentro de
tolerâncias estreitas.
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Deformação a Frio
Aumenta a dureza e a resistência dos materiais, mas a
ductilidade diminui;
Permite a obtenção de dimensões dentro de tolerâncias
estreitas;
Produz melhor acabamento superficial.