solidificaÇÃo e defeitos cristalinos · 7.2 solidificaÇÃo 1. nucleação (formação de...
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7.1
Smith – cap.4
SOLIDIFICAÇÃO E DEFEITOS CRISTALINOS
7.2
SOLIDIFICAÇÃO
1. Nucleação (formação de núcleos estáveis)2. Crescimento (originando cristais e estrutura de grão)
Nucleação: - homogénea- heterogénea
7.3
NUCLEAÇÃO
1. Nucleação Homogénea
• Núcleos provenientes do próprio metal• Em geral exige sobrearrefecimento importante.
• Inferior ao tamanho crítico: embrião (instável)• Acima do tamanho crítico: núcleo (estável)
• Energias envolvidas:• Energia livre de volume• Energia livre de superfície
7.4
NUCLEAÇÃO HOMOGÉNEA
γπ∆π∆ 2v
3T r4Gr
34G +=
v
*G2r∆γ
−=
7.5
NUCLEAÇÃO HOMOGÉNEA - T
THT2rs
m*
∆∆γ
−=
∆T: grau de sobrearrefecimento
7.6
NUCLEAÇÃO HETEROGÉNEA
Agente nucleante: impurezas sólidas, paredes
Menor energia de superfície > menor energia livre total.Menor tamanho crítico.Menor grau de sobrearrefecimento.
7.7
SOLIDIFICAÇÃO
Material policristalino.Cristais no metal solidificado: GrãosLimites (fronteiras) de grão.Grão fino: melhores propriedades mecânicas.
Grãos: equiaxiais ou colunares
7.8
LIGAS
1. METAIS PUROS (ex: Cu 99,99%, electrónica)
2. LIGAS: Mistura de dois ou mais metais ou metal+ não-metal. Propriedades melhoradas e controláveis
FORMAÇÃO DE LIGAS: Soluções sólidasSoluções sólidas:
SubstitucionaisIntersticiais
7.9
SOLUÇÕES SÓLIDAS METÁLICAS
1. SUBSTITUCIONAIS Cu Ni (CFC)Sem limite de solubilidade
O limite de solubilidd é atómico.
Cu Zn (CFC)Acima do limite (~35%), forma-se outra fase.
CFC – plano (100)
7.10
Ligas
Soluções sólidas substitucionais:Diâmetros atómicos próximos
(< 15% de diferença)Mesma estrutura cristalinaElectronegatividades próximas Valência idêntica
7.11
SOLUÇÕES SÓLIDAS METÁLICAS
2,08%
0,025%
(H, C, N, O)
Plano (100)
2. INTERSTICIAIS
Fe: 0,129 nmC: 0,075 nm
γ - CFC: 0,053 nmα- CCC: 0,036 nm
7.12
DEFEITOS CRISTALINOS
1. DEFEITOS PONTUAIS
Defeito de SchottkyLacuna Bi-Lacuna
Intersticial Defeito de Frenkel(lacuna-intersticial)
metais Cristais iónicos
7.13
DEFEITOS CRISTALINOS
1. DEFEITOS LINEARES (DESLOCAÇÕES)Originam distorção da rede em torno de uma linhaNa solidificação ou por deformação plástica.
A. Cunha
Vector escorregamento (de Burgers)
Perpendicular à linha de deslocação cunha
7.14
DESLOCAÇÃO EM CUNHA
7.15
DEFEITOS CRISTALINOS
B. Parafuso
Circuito de Burgers
Vector de Burgers: paralelo linha de deslocação
Tensões de corte
7.16
DEFEITOS CRISTALINOS
C. Mistas (cunha + parafuso)
7.17
SUPERFÍCIES
Átomos na superfície com estado energético mais elevado.
7.18
LIMITES DE GRÃO
Observação de microestrutura: microscopia electrónica de varrimento(SEM: scanning electron microscopy).
7.19
Difusão em sólidos
Difusão: transporte de matéria.Força motriz: gradiente de concentração
Mecanismo: - substitucional ou por lacunas- intersticial
- Acelerado pela temperatura.