Material Instrucional_Tecnologia Mecanica I_2022_74c896105dabfe725c3b0812dfaa3895

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MATERIAL INSTRUCIONAL
DISCIPLINA DE TECNOLOGIA MECÂNICA I
Curso Técnico em Fabricação Mecânica
IFRS-Campus Rio Grande
Professor: Flávio Galdino Xavier
2022
APRESENTAÇÃO 
 
 
Prezado estudante, 
Bem-vindo a mais uma disciplina do Curso Técnico em Fabricação 
Mecânica do IFRS-Campus Rio Grande. 
 Este material Instrucional pretende abordar os conteúdos definidos na 
ementa e referentes ao primeiro, segundo e terceiros bimestres conforme consta 
no plano de ensino da disciplina de Tecnologia Mecânica I da modalidade 
Integrado. 
As fontes básicas que formam o texto desse material, que visa facilitar a 
compreensão dos estudantes são as obras de Givanildo Alves dos Santos, - 
Tecnologia dos materiais metálicos, propriedades, estruturas e processos de 
obtenção, a de Éder Cícero Adão Simêncio - Materiais de construção mecânica 
e a de Laurence H. Van Vlack - Princípio de Ciência e Tecnologia dos Materiais, 
bibliografias essas referenciadas no Plano de Ensino da disciplina. 
 Para que se possa obter sucesso, o estudante deve se dedicar de forma 
centrada nas atividades propostas e utilizar todos os recursos e ferramentas 
disponíveis interagindo, não só com o material disponibilizado, como também 
explorar suas dúvidas acessando o professor através do próprio Ambiente Virtual 
(Moodle) ou outro meio proposto e disponível para isso. 
Sendo o ensino um processo individual que necessita de orientação e 
apoio, além de esclarecimento e motivação. Cabe ao professor ser esse agente 
indutor do empenho, inspiração, dedicação e vontade própria para que os 
resultados sejam alcançados. Assim, desejo sucesso aos meus estudantes e 
que Deus permita que todas as dificuldades sejam superadas. 
 
 
Professor Flávio Galdino Xavier 
Março de 2022 
 
 
2 
 
PLANO DE ENSINO DA DISCIPLINA 
 
Modalidade de Ensino: ( X ) Integrado ( ) Subsequente ( ) PROEJA ( ) Superior 
Nome do Componente Curricular (Disciplina): TECNOLOGIA MECÂNICA I 
Código: 110183 Série/Semestre: 2a Série Turma(s): 2F 
Nome do professor responsável: FLÁVIO GALDINO XAVIER 
 
Ementa: 
Carga horária: 74 horas 
Classificação dos Materiais; Propriedades dos Materiais; Materiais Metálicos; Estrutura Cristalina dos Metais; Defeitos 
Cristalinos; Atomística dos metais; Estrutura atômica; Sólidos cristalinos; Difusão atômica; Transformações de fases; 
Princípios de solidificação dos metais; Transformações no estado sólido; Diagrama de fases; Sistema ferro-carbono; 
Diagrama de fases e desenvolvimento microestrutural; Elementos de liga; Fases Metaestáveis; Propriedades 
mecânicas dos materiais metálicos; Conceitos de tensão e deformação; Dureza; Materiais Metálicos Ferrosos; 
Materiais Metálicos não Ferrosos; Materiais não Metálicos; Materiais Compostos; Cerâmicas; Processos de 
Fabricação e de Usinagem; Conceitos da Técnica de Usinagem; Geometria da Cunha Cortante; Mecanismo da 
Formação do Cavaco; Forças e Potências de Corte; Materiais para Ferramentas; Avarias e Desgastes; Fluídos de 
Corte. 
 
Objetivos: 
Promover o desenvolvimento de competências (conhecimentos, habilidades e atitudes) necessárias para: 
Caracterizar os materiais, suas propriedades, insumos e componentes. 
Identificar os tipos de materiais; 
Descrever propriedades físicas e mecânicas dos materiais; 
Especificar materiais para determinadas aplicações; 
Conceituar os processos de fabricação e usinagem dos metais. 
Bimestre Programa 
1 
Classificação dos Materiais; Propriedades dos Materiais; Materiais Metálicos; Estrutura Cristalina dos 
Metais; Defeitos Cristalinos; Atomística dos metais; Estrutura atômica; Sólidos cristalinos; Difusão 
atômica; Transformações de fases; Princípios de solidificação dos metais; Transformações no estado 
sólido; Diagrama de fases. 
2 
Sistema ferro-carbono; Diagrama de fases e desenvolvimento microestrutural; Elementos de liga; 
Fases Metaestáveis; 
Aulas práticas no Laboratório de Ensaios Metalúrgicos. 
3 
Propriedades mecânicas dos materiais metálicos; Conceitos de tensão e deformação; Dureza; 
Materiais Metálicos Ferrosos; Materiais Metálicos não Ferrosos; Materiais não Metálicos; Materiais 
Compostos; Cerâmicas; 
Aulas práticas no Laboratório de Ensaios Metalúrgicos. 
4 
Processos de Fabricação e de Usinagem; Conceitos da Técnica de Usinagem; Geometria da Cunha 
Cortante; Mecanismo da Formação do Cavaco; Forças e Potências de Corte; Materiais para 
Ferramentas; Avarias e Desgastes; Fluídos de Corte. 
 
 
Metodologia: 
Desenvolvimento do conteúdo através de aulas interativas, expositivas, dialogadas e práticas com a participação dos 
alunos em termos investigativos, de caráter argumentativo utilizando como auxílio: projetor multimídia, computador, 
quadro negro, giz, material instrucional impresso e digitalizado, bem como equipamentos encontrados no Laboratório 
de Ensaios Metalúrgicos. 
 
Proposta de integração interdisciplinar: 
Desenvolvimento do conteúdo embasando sempre a importância da relação dos materiais com a Fabricação 
Mecânica, disciplina a ser desenvolvida no 3º ano e subsidiando a disciplina de Tecnologia II, também do 3º ano. 
 
Avaliação: 
A avaliação dar-se-á de forma contínua através da execução de atividades em aula (teóricas e práticas) e outra ao 
final de cada bimestre que em conjunto a uma avaliação qualitativa comporá a nota de cada bimestre. 
 
Bibliografia: 
CHIAVERINI, V. Tecnologia Mecânica. Vol. 1,2,3. São Paulo. 1986. 
CHIAVERINI, V. Estrutura e Propriedades: Processo de Fabricação. Associação Brasileira de Metais, São 
Paulo, 1977. 
FERRARESI, Dino. Fundamentos da Usinagem dos Metais. vol. I São Paulo, Edgar Blücher Ltda., 1970. 
FREIRE, J. M. Tecnologia Mecânica. vol. IV. Rio de Janeiro, Livros Técnicos Científicos, 1975. 
GUY, A. G. Ciências dos Materiais. Rio de Janeiro: LTC, São Paulo, 1980. 
MARQUE, P. V. Tecnologia da Soldagem - Belo Horizonte, “O LUTADOR”, 1991. 
PADILHA, Ângelo Fernando. Materiais de Engenharia. Hemus. São Paulo, 1997. 
TELECURSO 2000. Mecânica. Rio de janeiro. Editora Globo. 2000. 
WAINER- Wainer, E.; Brandi, S. D. & Mello, F. D. Soldagem, Processos e Metalurgia. Edgard Blücher Ltda, São 
Paulo, 1992. 
WALTER M.; GREIF H; KAUFMAN H. & VOSSEBÜRGERE F. Tecnologia dos Plásticos. Edgard Blucher Ltda. 
São Paulo, 1992. 
 
 
3 
 
SUMÁRIO 
 
 
 
INTRODUÇÃO............................................................................................ 5 
1. CLASSIFICACÃO DOS MATERIAIS .......................................................... 7 
2. PROPRIEDADES DOS MATERIAIS .......................................................... 11 
2.1. Propriedades Mecânicas ............................................................................ 12 
2.2. Propriedades Tecnológicas ........................................................................ 15 
2.3. Propriedades Térmicas .............................................................................. 17 
2.4. Propriedades Elétricas ............................................................................... 17 
2.5. Propriedades Eletromagnéticas ................................................................. 18 
2.6. Propriedades Físicas .................................................................................. 18 
2.7. Propriedades Químicas .............................................................................. 18 
2.8. Propriedades Ópticas ................................................................................. 19 
3. MATERIAIS METÁLICOS E ESTRUTURA CRISTALINA DOS METAIS .. 20 
3.1. Estrutura dos Materiais .............................................................................. 28 
3.2. Estrutura Cristalina ..................................................................................... 29 
3.2.1. Sistemas cristalinos ............................................................................... 32 
3.2.2. Alotropia ou polimorfismo ....................................................................... 35 
4. DEFEITOSCRISTALINOS E ATOMÍSTICA DOS METAIS ....................... 36 
4.1. Defeitos Pontuais ....................................................................................... 37 
4.1.1. Defeitos de lacunas ................................................................................ 38 
4.1.2. Defeitos de intersticiais .......................................................................... 38 
4.1.3. Defeitos de substitucional ...................................................................... 40 
4.1.4. Defeitos pontuais em sólidos iônicos ..................................................... 40 
4.2. Defeitos Lineares (Discordâncias) ............................................................. 42 
4.3. Defeitos Superficiais (Planares) ................................................................. 45 
4.3.1. Superfícies externas .............................................................................. 46 
4.3.2. Contorno de fase .................................................................................... 46 
4.3.3. Contorno de grão ................................................................................... 46 
4.3.4. Tamanho de grão ................................................................................... 48 
4.3.5. Contorno de macla ................................................................................. 48 
4.3.6. Defeitos de empilhamento ..................................................................... 49 
4.4. Defeitos Tridimensionais ............................................................................ 49 
5. DIFUSÃO E MOVIMENTOS ATÔMICOS:TRANSFERÊNCIA DE MASSA 51 
5.1. O Fenômeno da Difusão ........................................................................... 53 
5.2. Mecanismos de Difusão ............................................................................ 55 
5.2.1. Difusão por lacunas ............................................................................... 55 
5.2.2. Difusão intersticial .................................................................................. 56 
5.3. Difusão Regime Estacionário ..................................................................... 57 
5.4. Difusão Estado não-Estacionário ............................................................... 58 
5.5. Efeito da Estrutura na Difusão ................................................................... 59 
5.5.1. Efeito da Estrutura na Difusão ............................................................... 59 
5.5.2. Fatores que dificultam a difusão ............................................................ 59 
6. TRANSFORMAÇÕES DE FASES ............................................................. 60 
6.1. Nucleação e Crescimento .......................................................................... 61 
6.1.1. Nucleação .............................................................................................. 61 
6.1.1.1. Inoculação e refino de grão ................................................................. 64 
4 
 
6.1.2. Crescimento ........................................................................................... 66 
6.1.3. Segregações .......................................................................................... 68 
7. PRINCÍPIO DE SOLIDIFICAÇÃO DOS METAIS E TRANSFORMAÇÕES 
NO ESTADO SÓLIDO .................................................................................. 70 
7.1. Solidificação ............................................................................................... 71 
8. DIAGRAMAS DE FASES E DIAGRAMAS TTT ............................................ 76 
8.1. Diagrama de Fases .................................................................................... 77 
8.1.1. Terminologias e conceitos ..................................................................... 78 
8.1.2. Diagrama de fase isomorfo .................................................................... 79 
8.1.3. Diagrama de fase eutético ..................................................................... 84 
8.1.4. Diagrama de fase ferro-carbono ............................................................ 87 
8.1.5. Polimorfismo dos aços na zona crítica ................................................... 89 
8.2. Diagramas – TTT: Tempo-Temperatura-Transformação ........................... 93 
8.2.1. Transformação isométrica ...................................................................... 94 
8.2.2. Efeito da seção da peça. ..................................................................... 101 
8.2.3. Fatores que alteram a forma dos diagramas TTT ............................... 102 
9. MATERIAIS METÁLICOS FERROSOS ..................................................... 105 
9.1. Beneficiamento das ligas de ferro ............................................................ 105 
9.1.1. O processo siderúrgico ........................................................................ 107 
9.1.2. Matérias-primas da indústria siderúrgica ............................................. 109 
9.1.2.1. Minério de ferro .................................................................................. 110 
9.1.2.2. Carvão coque .....................................................................................112 
9.1.2.3. Fundentes .......................................................................................... 113 
9.1.3. O Alto forno .......................................................................................... 113 
9.1.4. Aciaria .................................................................................................. 116 
9.2. Aços e ferros fundidos ............................................................................. 120 
9.2.1. Ligas metálicas ferrosas ...................................................................... 121 
9.2.2. Aços ..................................................................................................... 122 
9.2.2.1. Aços carbono ..................................................................................... 124 
9.2.2.2. Aços ligados .......................................................................................129 
9.2.2.3. Ferro fundido ......................................................................................137 
10. PROPRIEDADES MECÂNICAS DOS MATERIAIS METÁLICOS ........... 142 
10.1. Ensaio de tração .................................................................................... 143 
10.1.1. Tensão e deformação na tração ........................................................ 144 
10.1.2. Equipamento e corpos de prova de um ensaio de tração ................. 146 
10.1.3. Condução de um ensaio de tração .................................................... 149 
10.1.4. Análise da curva tensão-deformação ................................................ 150 
10.1.4.1. Tensão de escoamento do material (σe) ......................................... 151 
10.1.4.2. Limite de resistência ou tensão máxima (σR ou σMAX) ..................... 152 
10.1.4.3. Módulo de elasticidade ou módulo de rigidez do material (E) ......... 156 
10.1.4.4. Plasticidade do material (ε) .............................................................. 158 
10.1.4.5. Tenacidade com baixa velocidade de aplicação da força ............... 159 
10.1.4.6. Fratura dos corpos de prova no ensaio de tração ........................... 160 
10.2. Ensaio de dureza ................................................................................... 161 
10.2.1. Ensaio de dureza Mohs ..................................................................... 162 
10.2.2. Ensaio de dureza Brinell .................................................................... 163 
10.2.3. Ensaio de dureza Rockwell ............................................................... 166 
10.2.4. Ensaio de dureza Vickers .................................................................. 170 
10.2.5. Ensaio de Impacto .............................................................................173 
REFERENCIAS .............................................................................................. 180 
5 
 
INTRODUÇÃO 
 
 
 
Os materiais fazem parte do nosso dia a dia e a maioria de nós nem 
percebe sua presença. Eles estão presentes, por exemplo, nos transportes, nas 
casas, nas roupas, nos meios de comunicação, na recreação, e até na produção 
de alimentos entre outros e inevitavelmente todos segmentos de nossas vidas 
são influenciados de alguma maneira pelos materiais. O desenvolvimento e o 
avanço das sociedades ao longo da história estão ligados à habilidade em 
produzir e manipular os materiais em prol de suas necessidades. Tal fato é 
comprovado pelas primeiras civilizações que foram identificadas pelo nível de 
desenvolvimento de seus materiais (tais como, Idade da Pedra, Idade do Bronze, 
entre outras), quando também tinham acesso a um número muito limitado de 
materiais e todos eram retirados diretamente da natureza. Com o passar do 
tempo desenvolveram técnicas para produzir materiais com propriedades 
superiores aos naturais, alterando-as, por exemplo através de tratamentos 
térmicos ou pela adição de outras substâncias e novos materiais como a 
cerâmica e vários metais surgiram dessas técnicas. 
No início, os materiais eram selecionados conforme os que possuíam as 
melhores propriedades para determinada aplicação e somente recentemente 
com os estudos pode-se entender as relações entre as estruturas dos materiais 
e suas propriedades. Dessa maneira, muitos materiais diferentes evoluíram com 
características específicas e que satisfazem às nossas necessidades, tais como, 
metais, plásticos, vidros, entre outros. 
Novas tecnologias estão sempre associadas a materiais adequados e a 
compreensão de todas as características de um tipo de material é essencial para 
o desenvolvimento tecnológico. Por exemplo, todo o desenvolvimento na 
indústria automobilística nos últimos 50 anos só foi alcançado devido a 
disponibilidade de novos materiais e de sofisticados equipamentos eletrônicos 
que utilizam componentes fabricados com materiais chamados semicondutores. 
A escolha do material mais adequado, seja ele pelo projetista, engenheiro 
ou mesmo designer, está relacionado diretamente com sua eficaz aplicação para 
a condição de trabalho requerida, tanto do ponto de vista prático quanto 
6 
 
econômico, mas raramente o material possui a combinação ideal de todas as 
propriedades exigidas, sendo necessário na maioria das vezes optar por uma 
característica a outra ou um processo de fabricação que supra essa 
necessidade. Como exemplo, podemos citar as propriedades mecânicas de 
dureza e ductilidade, elas são inversamente proporcionais, ou seja, um material 
de alta dureza possui baixa ductilidade e em certos casos essas duas 
propriedades são requeridas, para esse caso podemos citar os dentes de uma 
engrenagem que necessita de dureza nos flancos para resistir ao desgaste e 
ductilidade em seu núcleo para suportar os impactos provenientes dos 
movimentos de engrenamento. 
Contudo, podemos dizer que um material que possui as qualidades ideais 
para o uso, poderá tornar-se inviável devido ao seu elevado custo e um grande 
desafio na evolução do estudo sobre os materiais está relacionado ao 
desenvolvimento de novas tecnologias que permitam o uso com viabilidade 
econômica. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
7 
 
 
CLASSIFICACÃO DOS 
MATERIAIS 
 
 
 
Os materiais sólidos são geralmente classificados em três classes 
principais independentes (figura 1) e uma composta denominadas: metais, 
polímeros, cerâmicas e compósitos. Este esquema é baseado principalmente em 
sua composição química e estrutura atômica, e os materiais entram em uma 
classe ou outra, embora haja alguns intermediários. Além destes, há os 
considerados materiais avançados, são eles: os biomateriais e os 
semicondutores. 
 
 
Figura 1 – Classificação Técnica dos Materiais. 
 
 
Metais - Metais são elementos químicos sólidos à temperatura 
ambiente (exceto o mercúrio), opacos, lustrosos, e quando 
polidos refletem a luz, além de serem bons condutores de 
eletricidade e calor. A maioria dos metais é 
forte, dúctil e maleável, e, em geral, de alta 
densidade. Possuem um grande número de 
elétrons livres; ou seja, estes elétrons não 
1 
8 
 
são ligados a nenhum átomo em particular. Muitas das propriedades dos metais 
estão diretamente ligados a estes elétrons. Metais são os materiais estruturais 
primários de toda a tecnologia e inclui um grande número de ligas ferrosas (por 
exemplo, ferro-fundido, aço carbono, ligas de aços, etc.). Assim, pode-se dizer 
que metais são sustâncias inorgânicas compostas por um ou mais elementos 
metálicos, podendo conter elementos não-metálicos (por exemplo, Aço (Fe+C), 
Alumínio, Níquel, Latão (Zn+Cu). 
 
 
Polímeros - Dentre os polímeros incluem-se borrachas, 
plásticos, e muitos outros tipos de adesivos. São 
produzidos a partir da criação de grandes estruturas 
moleculares provenientes de moléculas orgânicas em um 
processo conhecido como polimerização. Os polímeros têm baixa condutividade 
térmica e elétrica, tem baixa resistência mecânica comparado a outros materiais 
utilizados em Engenharia, e não são adequados 
para utilização em altas temperaturas. 
Polímeros termoplásticos, nos quais as longas 
cadeias de moléculas não são rigidamente conectadas, tem boa ductilidade e 
formabilidade. Polímeros termo fixos são normalmente mais resistentes, porém, 
podem apresentar-se quebradiços pela sua cadeia molecular ser de forte 
conexão. Os materiais poliméricos são utilizados em inúmeras aplicações: 
embalagens, componentes de eletrodomésticos, brinquedos, peças técnicas e 
etc. 
 
Cerâmicos - Esta classe pode ser definida como 
qualquer material sólido inorgânico, não metálico, usado 
ou processado em temperaturas altas. Quando falamos 
em cerâmica, imediatamente nos vem à 
mente coisas tais como loucas 
sanitárias, pisos, azulejos, porcelana de mesa, etc. 
Frequentemente esquece-se das aplicações tecnológicas 
mais avançadas de óxidos, carbonetos e nitretos. Muitos 
9 
 
destes são de grande interesse industrial. Cerâmicas também incluem materiais 
como vidro, grafite, cimento (concreto), etc. 
 
Compósitos - Compósitos consistem na 
combinação de dois ou mais materiais diferentes. O 
Fiberglass é um exemplo bem familiar, onde as fibras 
de vidro são adicionadas a um material polimérico. 
Um compósito é desenvolvido para combinar as melhores propriedades dos 
materiais que o constituem. O Fiberglass, por exemplo, adquire a 
dureza do vidro e a flexibilidade do 
polímero. Muitos dos recentes materiais 
desenvolvidos atualmente são compósitos. 
 
 
Semicondutores - Semicondutores podem ser 
definidos como materiais que conduzem corrente 
elétrica melhor que os 
isolantes, mas não melhor 
que os metais. Um grande 
número de materiais satisfaz a estas condições. Em 
temperatura ambiente, a condutividade característica dos 
metais é da ordem de 104 à 106 ohm-1 cm-1, enquanto nos isolantes é da ordem 
de 10-25 a 10-9 ohm-1 cm-1. Os materiais classificados como semicondutores 
possuem condutividade entre 10-9 e 104 ohm-1 cm-1. Normalmente a 
condutividade dos metais diminui com o aumento da temperatura. Com os 
semicondutores ocorre o contrário, a condutividade aumenta com o aumento da 
temperatura. Nos semicondutores o processo de condução pode ocorrer de 
modo não iônico onde há o transporte de carga ou de massa (de elétrons). As 
propriedades únicas dos semicondutores dependem, acima de tudo, do número 
de portadores de corrente elétrica. Estes portadores podem ser de dois tipos: 
elétrons ou ”buracos”. O número de portadores pode variar dependendo da 
temperatura, luminosidade, partículas nucleares, campos elétricos, ou 
imperfeições no cristal na forma de átomos de impurezas ou do sistema 
cristalino. 
10Biomateriais - Biomateriais são 
materiais empregados em 
componentes destinados ao 
implante no corpo humano, 
substituindo partes doentes ou danificadas. Esses materiais não devem produzir 
substancias tóxicas e deve ser compatível com os tecidos do corpo, isto é, não 
deve produzir reações biológicas adversas. Todas as classes de materiais 
podem ser utilizadas como biomateriais - metais, cerâmicos, polímeros, 
semicondutores, compósitos - desde que sejam cuidadosamente selecionados. 
 
A maioria das classificações dos materiais nasceu num tempo em que as 
propriedades mecânicas estavam em primeiro plano. Assim, a primeira 
associação de materiais é feita tendo-se em vista normalmente uma determinada 
propriedade mecânica ou estrutural: dureza, resistência, fragilidade, etc. Outras 
classificações podem ser feitas como, por exemplo, com base na Química 
(Tabela 1). 
 
Tabela 1 – Classificação química dos materiais. 
 Ligação Menor Partícula Estrutura 
Metais Metálica Átomo Cristalina 
Semicondutores Covalente, (iônica) Átomo Cristalina (raramente amorfa) 
Cerâmicos Covalente, iônica Molécula Cristalina 
Vidros Covalente, iônica Molécula Amorfa 
Polímeros Covalente, ligações 
Secundárias 
Cadeia de moléculas Amorfa (raramente cristalina) 
OBS: Os termos referentes a ligações químicas, partícula e estrutura citados na tabela acima 
será estudado mais adiante no conteúdo de Estrutura dos Materiais. 
 
Uma classificação moderna e muito interessante dos materiais é aquela 
onde eles são divididos em apenas dois grandes grupos: 
1. Materiais estruturais: que são todos os materiais para os quais as 
propriedades mecânicas têm um papel fundamental; 
2. Materiais funcionais: que servem para cumprir um grupo de funções 
como, por exemplo, materiais ‘semicondutores’, materiais magnéticos, 
materiais condutores de eletricidade, luz, etc. 
11 
 
 
PROPRIEDADES DOS 
MATERIAIS 
 
 
 
O emprego de materiais em forma de produtos acabados precisa que 
tenhamos um profundo conhecimento das propriedades características e do 
comportamento dos materiais que se pode usar. Considere, por exemplo, a 
variedade de materiais usados na manufatura de um automóvel: ferro, aço, vidro, 
plásticos e borracha são apenas alguns. E, para ter uma ideia da grandeza, 
somente para o aço, há cerca de 3000 tipos ou modificações possíveis. Assim 
surge uma pergunta: Com que critério é feita a escolha do material adequado 
para uma determinada peça? Para fazer a sua escolha, o projetista deve levar 
em conta propriedades tais como resistência mecânica, condutividade elétrica 
e/ou térmica, densidade entre outras. Além disso, deve-se considerar o 
comportamento do material durante o seu processamento e o seu uso, onde 
plasticidade, usinabilidade, estabilidade elétrica, durabilidade química entre 
outras deve ser utilizada. 
Muitos projetos dependem do desenvolvimento de materiais 
completamente novos. Por exemplo, o transistor nunca poderia ter sido 
construído com os materiais disponíveis há 40 anos atrás; o desenvolvimento da 
bateria solar requereu um novo tipo de semicondutor e, embora os projetos de 
turbinas a gás estejam muito avançados, ainda se necessita de um material 
barato e que resista a altas temperaturas, para as pás da turbina. A figura 2, 
relaciona estruturas, propriedades e processamento dos materiais. 
 
 
 
2 
12 
 
 
Figura 2 - Estruturas, propriedades e processamento dos materiais. 
 
Como é complexo para um projetista ter um conhecimento detalhado dos 
milhares de materiais atualmente disponíveis, bem como manter-se a par dos 
novos desenvolvimentos, é imprescindível que ele tenha um conhecimento 
adequado dos princípios gerais que governam as propriedades de todos os 
materiais. Dentre estas propriedades, pode-se destacar: 
 
2.1 Propriedades Mecânicas 
 
São aquelas que definem o comportamento do material segundo um 
determinado esforço a que ele pode ser submetido. O conjunto de propriedades 
mecânicas é baseado nas seguintes características do material: 
Resistencia mecânica: É a propriedade apresentada pelo material em 
resistir a esforços externos, estáticos ou lentos. Tais esforços podem ser de 
natureza diversa, como sejam: tração, compressão, flexão, torção ou 
cisalhamento. Assim, os esquemas abaixo representam os esforços referidos: 
 
 
Figura 3 – Esforços mecânicos aos quais os corpos estão sujeitos. 
cizalhamento/ corte
tração 
compreensão 
torção 
13 
 
Elasticidade: Propriedade apresentada pelos materiais em recuperar a 
forma primitiva tão logo cesse o esforço que tenha provocado a deformação. A 
deformação elástica é reversível e desaparece quando a tensão aplicada é 
removida. Uma característica da deformação elástica é que esta é praticamente 
proporcional à tensão aplicada. O módulo de elasticidade (módulo de Young) é 
o quociente entre a tensão aplicada e a deformação elástica resultante. Ele está 
relacionado com a rigidez do material. O módulo de elasticidade resultante de 
tração ou compressão é expresso em unidade de tensão (psi ou kgf/mm2). O 
valor deste módulo é primordialmente determinado pela composição do material 
e é apenas indiretamente relacionado com as demais propriedades mecânicas. 
O módulo de Young é determinado a partir do ensaio de tração. 
 
Plasticidade: É a propriedade que apresentam certos materiais de se 
deixarem deformar permanentemente assumindo diferentes tamanhos ou 
formas sem sofrerem rupturas, rachaduras ou fortes alterações de estrutura 
quando submetidos a pressões ou choques compatíveis com as suas 
propriedades mecânicas. A plasticidade é influenciada pelo calor (o aço ao rubro 
torna-se bastante plástico). O inverso da plasticidade é a fragilidade ou 
quebrabilidade; assim, um material é dito frágil ou quebradiço quando o mesmo 
ao romper-se apresenta uma pequena deformação. 
A plasticidade pode ser subdividida em: 
• Maleabilidade: É a maior ou menor facilidade apresentada pelo material 
em se deformar sob ação de uma pressão ou choque, compatível com a sua 
resistência mecânica. Um material é maleável quando sob ação do laminador ou 
do martelo da forja, não sofre rupturas ou fortes alterações na estrutura 
(endurecimento inadmissível). A maleabilidade pode ser a quente ou a frio. Se a 
maleabilidade a frio é muito grande o material é chamado plástico. 
• Ductilidade: É a capacidade que os materiais possuem de se deformar 
plasticamente até a ruptura. Deformação plástica é aquela que impõe ao material 
uma deformação permanente. Assim sendo, o seu valor pode ser expresso como 
alongamento e nas mesmas unidades de deformação. Um comprimento comum 
(embora não universal) para a medida do alongamento é 50mm. Como mostrado 
na Figura 3 a seguir, o comprimento considerado é importante pois a deformação 
plástica normalmente é localizada. Uma segunda medida da ductilidade é a 
14 
 
estricção que é a redução na área de seção reta do corpo, imediatamente antes 
da ruptura. Os materiais altamente dúcteis sofrem grande redução de área da 
seção reta antes de romper, este índice é sempre expresso em porcentagem e 
é calculado como se segue: 
 
 
Figura 4 – Corpo de prova antes e após o alongamento e estricção. 
 
Dureza: É definida pela resistência da superfície do material à 
penetração, ao desgaste, e ao atrito, embora a primeira definição seja a mais 
comumente aceita. Como se pode esperar, a dureza e a resistência à tração 
estão intimamente relacionadas. A determinação da dureza é obtida a partir de 
uma série de ensaios destinados especificamente para tal intento. 
 
Fluência (creep): Fenômeno de alongamento contínuo e que pode 
conduzir à ruptura é denominado fluência. Esta característica é típica de 
materiais ferrosos quando submetidos a cargas de tração constantes por longo 
tempo a elevadas temperaturas. Deformam-se continuamente mesmo quando a 
solicitação é menor do que a tensão de escoamentodo material naquela 
temperatura. A fluência ocorre mesmo quando o material é solicitado na 
temperatura ambiente, mas nessa temperatura a fluência é praticamente 
desprezível comparada com a que ocorre em temperaturas elevadas. O 
fenômeno da fluência ocorre nos instrumentos de corda, violão, por exemplo. É 
importante frisar que certas peças ficam inutilizadas se alongarem apenas 
0,01%. 
 
15 
 
Resiliência: É a maior ou menor reação do material às solicitações 
dinâmicas, isto é, a propriedade do material resistir a esforços externos 
dinâmicos (choques, pancadas, etc.) sem sofrer deformação permanente. Como 
exemplo citamos as peças de um britador de mandíbulas, uma matriz para 
forjamento, uma ferramenta de corte, molas, etc. Assim, as molas são feitas de 
materiais de elevada resiliência. 
 
Tenacidade: É dada pela energia consumida para fraturá-lo. Em outras 
palavras, tenacidade mede a capacidade que o material tem de absorver de 
energia até fraturar-se incluindo a deformação elástica e plástica quando essa 
energia é absorvida progressivamente. A tenacidade é, pois, medida pela área 
total do diagrama tensão-deformação. Em geral diz-se que um material é tanto 
tenaz quanto maior é a sua resistência à ruptura por tração ou distensão; isto 
nem sempre é verdadeiro, pois alguns aços doces, por exemplo, são mais 
tenazes que os aços duros, isto porque os aços duros apresentam, na ruptura 
uma pouquíssima deformação. A tenacidade tem alguma relação com a 
resistência ao choque, porém os valores da energia medidos para ambos os 
casos não concordam para todos os materiais ou condições de ensaio. 
 
2.2 Propriedades Tecnológicas 
 
São as que conferem ao material uma maior ou menor facilidade de se 
deixar trabalhar pelos processos de fabricação usuais. As propriedades 
tecnológicas são: 
 
Fusibilidade: É a propriedade que o material possui de passar do estado 
sólido para o líquido sob ação do calor. Todo metal é fusível, mas, para ser 
industrialmente fusível, é preciso que tenha um ponto de fusão relativamente 
baixo e que não sofra, durante o processo de fusão, oxidações profundas, nem 
alterações na sua estrutura e homogeneidade. Em se tratando de metais convém 
conhecer as temperaturas correspondentes à colocação que tomam quando 
aquecidas: 
 
 
16 
 
Principais temperaturas de fusão. 
Alumínio 650oC 
Ferro puro 1530oC 
Aços 1300oC a 1500oC 
Zinco 420oC 
Gusa e fofo 1150oC a 1300oC 
Chumbo 330oC 
Cobre 1080oC 
Estanho 235oC 
 
Soldabilidade: é a propriedade que certos metais possuem de se unirem, 
após aquecidos e suficientemente comprimidos. A soldabilidade depende do 
tempo em que o metal permanece num estado sólido - plástico, sob o efeito do 
calor produzido pela ação soldante. O metal ou liga que passar 
instantaneamente do estado sólido para o líquido é dificilmente soldável (ferro 
fundido, por exemplo). 
 
Temperabilidade: Propriedade que possuem alguns metais e ligas de 
modificarem a sua estrutura cristalina (endurecimento) após um aquecimento 
prolongado seguido de resfriamento brusco. Tal propriedade caracteriza o aço 
com certo teor de carbono, assim, como determinadas ligas de alumínio, 
transformando a estrutura cristalográfica do material que, em consequência, 
altera todas as propriedades mecânicas. 
 
Usinabilidade (ou maquinabilidade): É a propriedade de que se 
relaciona com a resistência oferecida ao corte e é medida pela energia 
necessária para usinar o material no torno, sob condições padrões. A 
usinabilidade de um material é obtida comparando-se com a de um material 
padrão cuja usinabilidade é convencionada igual a 100. (aço B1112). O 
conhecimento da usinabilidade de um material permite calcular os tempos 
necessários às operações de usinagem que é, portanto, indispensável na 
programação de uma fabricação. A usinabilidade é um fator que influi bastante 
na escolha de um material que deve ser usinado; assim, as máquinas 
automáticas dão grande produção quando usinam os chamados aços de corte 
17 
 
fácil (free cutting steels) também chamados de usinagem fácil, que são materiais 
com alta percentagem de enxofre, fósforo ou chumbo. 
 
Fadiga: Fadiga não chega a ser uma propriedade do material mais sim, 
um problema característico de materiais sujeitos a esforços cíclicos. Quando um 
material é sujeito a esforços dinâmicos, durante longo tempo, é observado um 
“enfraquecimento” das propriedades mecânicas ocasionando a ruptura. A fadiga 
pode ser também superficial, ocasionando desgaste de peças sujeitas a esforços 
cíclicos, como comumente ocorre em dentes de engrenagens. 
 
2.3 Propriedades Térmicas 
 
Propriedades térmicas estão vinculadas às características dos materiais 
quando submetidos à variações de temperatura. Dentre estas propriedades 
destacam-se: 
 
Condutividade térmica: São propriedades que possuem certos corpos de 
transmitir mais ou menos calor. Neste caso, materiais bons condutores de calor, 
na ordem decrescente de condutibilidade: Ag, Cu, Al, latão, Zn, Aço e Pb. Corpos 
maus condutores de calor, na ordem decrescente de condutibilidade: pedra, 
vidro, madeira, papel, etc. 
Dilatação: Propriedade pela qual um corpo aumenta quando submetido à 
ação do calor. A capacidade de dilatação de um material está relacionada ao 
chamado coeficiente de dilatação térmica, que pode ser: linear, superficial e 
volumétrico. Esta característica dos materiais deve ser considerada quando o 
mesmo é submetido a variações consideráveis de temperatura. 
 
2.4 Propriedades Elétricas 
 
A mais conhecida propriedade elétrica de um material é a condutividade 
elétrica. A condutividade elétrica é a propriedade que possuem certos materiais 
de permitir maior ou menor capacidade de transporte de cargas elétricas. Os 
corpos que permitem a eletricidade passar são chamados condutores, sendo 
uma característica dos materiais metálicos. Já os que não permitem tal 
18 
 
fenômeno são os chamados materiais isolantes. O cobre e suas ligas e o 
alumínio conduzem bem a eletricidade, sendo empregados na fabricação de 
linhas elétricas e aparelhagens; as ligas Cr-Ni, Fe-Ni conduzem mal, servido para 
construção de resistências elétrica, como reostatos, etc. Dentre os materiais 
isolantes destacam-se: madeira seca, baquelite, ebonite, etc. 
 
2.5 Propriedades Eletromagnéticas 
 
A característica mais comumente associada às propriedades 
eletromagnéticas é: 
 
Suscetibilidade magnética: é a propriedade que caracteriza a maior ou 
menor facilidade com que os metais reúnem ou dispersam as linhas de força de 
um campo magnético. Os metais que reúnem de modo acentuado as linhas de 
força de um campo magnético se denominam “ferromagnéticos”. Exemplo: Fe, 
Ni e Co. Os metais que reúnem debilmente as linhas de força de um campo 
magnético são denominados ”paramagnéticos”. A maioria dos metais é 
paramagnético. Os metais que dispersam as linhas de força de um campo 
magnético são denominados ”diamagnéticos”. 
 
2.6 Propriedades Físicas 
 
Dentre o conjunto de propriedades físicas destacam-se: 
 
Densidade: É a relação entre o peso de certo volume de um corpo e o 
peso de igual volume de água. É um número abstrato. Exemplo: Pb = 11,4 Cu = 
8,9 Al = 2,7 Mg = 1,7. 
Peso específico: É o peso da unidade de volume do corpo. Por exemplo: 
o peso específico do aço é 7,8 kg/dm3. 
 
2.7 Propriedades Químicas 
 
Resistencia à corrosão: Quase todos os materiais usados pelos 
projetistas são suscetíveis de corrosão por ataque químico. Para alguns 
19 
 
materiais, a solubilização é importante. Em outros casos, o efeito da oxidação 
direta de um metal ou de um material orgânico como a borracha é o mais 
importante. Além disso, a resistência do material à corrosão química, devido ao 
meio ambiente, é da maior importância. A atenção que damos aos nossos 
automóveis é um exemplo óbvio da nossa preocupação com a corrosão. Desde 
que frequentemente, oataque pela corrosão é irregular, é muito difícil medi-la. A 
unidade mais comum para a corrosão é polegadas de superfície perdida por ano. 
 
2.8 Propriedades Ópticas 
 
Embora entre as propriedades ópticas importantes para a engenharia 
incluem-se o índice de refração, a absorção e a emissividade, apenas a primeira 
delas será discutida aqui, porque as outras duas já são mais especializadas. O 
índice de refração “η” é a razão entre a velocidade da luz no vácuo “c” e a 
velocidade da luz no material, “Vm”: 
 
η =
𝑐
𝑉𝑚
 
 
O índice também pode ser expresso em termos do ângulo de incidência 
“i” e do ˆangulo de refração “r”: 
 
η =
sen i
sen r
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
20 
 
 
MATERIAIS METÁLICOS E 
ESTRUTURA CRISTALINA 
DOS METAIS 
 
 
INTRODUÇÃO 
 
O material apresenta um aspecto descontínuo desde o momento em que 
se acha constituído por partículas elementares, átomos e moléculas. Quando se 
consideram as características de uma substância não se leva somente em 
consideração o comportamento dos átomos isolados, mas também do conjunto 
de tudo aquilo que intervém em sua formação. 
O átomo, que não dá para a gente ver nem com um microscópio, 
determina se o material é aço, plástico, madeira ou ar. Estabelece a maneira 
como cada material se comporta na natureza e também como ele “funciona” 
diante dos processos de fabricação e da utilização do dia-a-dia. 
O conhecimento dos fatores que governam as propriedades dos materiais 
é importante para o profissional da indústria metalmecânica, cuja função é 
produzir materiais e peças com propriedades que atendam às mais diversas 
aplicações e solicitações de uso. Esses fatores estão relacionados com a 
estrutura geral do átomo que, no final, diferencia um material do outro. Sabendo 
isso, é possível prever o que vai acontecer quando um material é aquecido, 
resfriado, dobrado, esticado, torcido, lixado, cortado. Ou seja, tudo o que você 
faz quando quer fabricar qualquer coisa. 
 
O átomo e suas ligações atômicas 
 
Quando o átomo é dividido em partículas, ele libera grande quantidade de 
energia. Foi esse conhecimento que permitiu a criação da bomba atômica, cuja 
explosão é resultado de uma divisão do átomo. 
3 
21 
 
Hoje sabemos que os átomos são formados de várias partículas ainda 
menores. Porém, esse conceito de indivisibilidade, vindo da antiguidade grega, 
ainda é válido e se transformou na base da Química moderna. E isso levou um 
bocado de tempo, porque foi só em 1808 que o químico inglês, John Dalton, 
estabeleceu sua Teoria Atômica. Em 1868, o russo Demitir Mendeleiev elaborou 
a primeira classificação geral dos elementos. Esse trabalho deu origem à tabela 
periódica que hoje conhecemos. Ele permitiu prever as propriedades e descobrir 
elementos que Demitir e cientistas de sua época ainda não conheciam. 
A tabela periódica (figura 5) reúne, em grupos, elementos que têm 
propriedades químicas e físicas (mecânicas, magnéticas e elétricas) 
semelhantes e conhecer as leis que comandam essas partículas permite, assim, 
explicar porque alguns materiais são mais resistentes ou mais frágeis que outros. 
 
 
Figura 5 - Tabela periódica. 
 
E o que você precisa saber sobre isso? Em primeiro lugar, que tudo o que 
existe é composto de átomos. E que os átomos são formados de várias 
partículas e que aquelas que mais nos interessam são os prótons, os elétrons e 
os neutros. 
A teoria diz que no átomo existe um núcleo formado pelos prótons e pelos 
neutros. Por convenção, os prótons são partículas com cargas positivas, e os 
neutros, partículas estáveis que têm pouca influência sobre as propriedades 
físicas e químicas mais comuns dos elementos. Os elétrons, carregados 
negativamente, giram em órbitas em volta desse núcleo, conforme figura 6. 
22 
 
 
 
Figura 6 – Modelo atômico de Bohr1. 
 
De acordo com esse modelo, as órbitas são arrumadas em até sete 
camadas, das quais a última é chamada de camada de valência. Para que um 
átomo seja estável, ele deve ter 8 elétrons nessa camada e para que isso 
aconteça combinam-se entre si, cedendo, recebendo ou compartilhando 
elétrons, até que a última camada de cada um fique com oito elétrons. É dessas 
combinações que surgem todos os materiais que conhecemos. 
 
Ligação Covalente 
 
Quando os átomos compartilham elétrons, acontece o que chamamos 
de ligação covalente. É o caso, por exemplo, da formação da molécula de 
água2, obtida pela união de dois átomos de hidrogênio com um átomo de 
oxigênio. Essa ligação é muito forte e está representada na figura 7. 
 
 
Figura 7 – Representação da ligação de dois átomos de hidrogênio com um de 
oxigênio (H2O). 
 
1 Para saber mais acesse: https://www.stoodi.com.br/blog/quimica/modelo-atomico-de-bohr/ 
2 Para saber mais acesse: https://www.stefanelli.eng.br/molecula-agua-animacao/ 
23 
 
 
 
 
 
 
O átomo de oxigênio: 
 
De símbolo “O” o elemento oxigênio é encontrado na família 16 ou VIA da 
tabela periódica, possui número atômico 8, com 8 elétrons, 8 nêutrons e 8 
prótons e massa atômica 16u, seus elétrons estão distribuídos em 2 níveis -
camadas K e L- com 2 elétrons na camada K e 6 elétrons na camada L -camada 
de valência-, ele é um ametal. Suas características, na sua forma molecular O2 
e em temperatura ambiente: é um gás incolor, insípido, inodoro, comburente, 
não é combustível e pouco solúvel em água. 
 
O átomo do Hidrogênio: 
 
Elemento químico mais abundante no universo, de símbolo ‘H‘, pertence 
a família 1 ou IA -Família dos Metais Alcalinos, encontra-se nessa família por 
apresentar 1 elétron na camada de valência-, mesmo sendo muito abundante, 
existe naturalmente em pequenas quantidades na sua forma molecular. 
Apresenta 1 próton em seu núcleo e 1 elétron em seu único nível -K-, tem 
características sui generis, pois trata-se de um ametal. Na temperatura ambiente 
é um gás diatômico (isto significa que ele está combinado com outro átomo de 
hidrogênio – H2), é inflamável, incolor, inodoro, insípido, não é tóxico -contudo 
asfixia-, não é corrosivo -mas é altamente reativo- e insolúvel em água. 
Este elemento é considerado a base da economia do futuro, pois é o 
combustível principal das “Células a Combustível”3, que é um sistema que 
aproveita a energia elétrica liberada na combinação do hidrogênio com o 
oxigênio para mover automóveis, por exemplo. 
 
 
 
 
3 Para saber mais acesse: https://www.stefanelli.eng.br/pemfc-energia-eletrica-hidrogenio/ 
Para saber mais 
24 
 
Esse tipo de ligação também é encontrado em sólidos elementares, tais 
como o diamante (carbono) (figura 8), silício e germânio. Assim como em 
compostos tais como arseneto de gálio (GaAs), antimoneto de índio (InSb). 
 
 
Figura 8 - Grafite e diamante – as duas outras fases sólidas do carbono. 
 
A ligação covalente pode ser muito forte como no diamante que tem uma 
temperatura de fusão maior que 3550°C, ou muito fraca, como no bismuto que 
tem uma temperatura de fusão de aproximadamente de 270°C. As energias de 
ligação e as temperaturas de fusão de uns poucos materiais ligados 
covalentemente estão apresentados na tabela 2. Os materiais poliméricos são 
típicos desse tipo de ligação, sendo a estrutura molecular básica desses 
materiais frequentemente composta por uma longa cadeia de átomos de carbono 
(figura 9). 
 
 
 
Figura 9 – Representação esquemática da cadeia do polietileno de alta 
densidade (PEAD) e ao lado embalagens de PEAD. 
25 
 
Ligação Iônica 
 
Quando um dos átomos cede, definitivamente, os elétrons da última 
camada e o outro recebe, definitivamente, esses elétrons, ocorre a 
chamada ligação iônica. Esse tipo de ligação ocorre entre átomos de metais 
(que têm a tendência de perder elétrons para ficarem estáveis) e átomos de 
hidrogênio, ametais e semimetais (que têm a tendênciade ganhar elétrons para 
ficarem estáveis). É o que acontece, por exemplo, na formação do cloreto de 
sódio, ou seja, o sal que a gente usa na cozinha, composto por um átomo de 
sódio e um átomo de cloro em que o sódio é um metal que tem a tendência de 
perder um elétron, enquanto o cloro é um ametal que tem a tendência de ganhar 
um elétron. Dessa forma, o sódio doa (seta vermelha) um elétron para o cloro, 
formando o sal, uma substância muito estável. Visto que se formam (seta preta) 
íons, que são espécies químicas com cargas opostas (+ e -), um íon atrai outro 
próximo e são formados aglomerados iônicos com um número enorme de íons, 
como são os cristais do sal de cozinha. A ilustração dessa ligação é mostrada 
na Figura 10. 
 
 
Figura 10 - Formação de cloreto de sódio por meio de ligação iônica. 
 
Devido à intensas forças eletrostáticas que mantêm os íons unidos, os 
sólidos iônicos, possuem altas temperatura de fusão, são duros e quebradiços, 
rígidos, resistentes e não conduzem bem a eletricidade (a não ser quando 
dissolvidos em água). A figura 11 mostra o mecanismo de fratura de sólidos 
iônicos. 
26 
 
 
Figura 11 - Mecanismo de fratura de sólidos iônicos. O golpe do martelo fará 
com que íons semelhantes se emparelhem, gerando forças de repulsão 
intensas que podem levar à fratura do material. 
 
 
Existe ainda um terceiro tipo de ligação: é a ligação metálica, 
responsável, entre outras propriedades, pela elevada condutividade térmica 
e elétrica que todos os metais possuem, causada pela mobilidade dos elétrons 
de valência e ocorre durante a solidificação de um metal, quando os seus átomos 
se arranjam em um denso empacotamento, de maneira organizada e repetitiva, 
a fim de diminuir a energia e chegar a um estado mais estável na forma de um 
sólido, assim criando ligações metálicas. 
E como a ligação metálica acontece? Para explicar isso, precisamos 
saber inicialmente que os átomos dos metais apresentam poucos elétrons na 
camada de valência. Esses elétrons podem ser removidos facilmente, enquanto 
que os demais ficam firmemente ligados ao núcleo. Isso origina uma estrutura 
formada pelos elétrons livres e por íons positivos constituídos pelo núcleo do 
átomo e pelos elétrons que não pertencem à camada de valência. 
Como os elétrons de valência podem se mover livremente dentro da 
estrutura metálica, eles formam o que é chamado de “nuvem eletrônica”. Os íons 
positivos e a nuvem eletrônica negativa originam forças de atração que ligam os 
átomos de um metal entre si. A representação desse tipo de ligação é mostrada 
na figura 12. 
São propriedades dos materiais com ligações metálicas o ponto de fusão 
moderado, os metais puros são maleáveis, excelentes condutores de 
eletricidade e excelentes condutores de calor. 
 
 
 
27 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 12 – Modelo de representação da ligação metálica. 
 
 
 
 
Mapa Mental: Ligações Químicas 
 
 
 
 
 
28 
 
3.1 ESTRUTURA DOS MATERIAIS 
 
Como vimos anteriormente todos os materiais são constituídos de átomos 
e o conjunto desses átomos se agrupam para formar a estrutura desse material 
que está relacionada diretamente com seu estado físico. Esses agrupamentos 
atômicos se apresentam com características distintas assim, podemos observar 
como nos estados gasoso e líquido os átomos têm grande mobilidade e isso 
permite a eles adaptar-se a qualquer conformação externa que o contenha. Já 
no estado sólido os átomos apresentam certa permanência em suas posições o 
que confere ao material um certo grau de indeformabilidade, característico do 
estado sólido. Outros dois estados da matéria (plasma e BEC) podem ser visto 
na figura 13, mas não é objeto de nosso estudo. 
 
Figura 13 – Agrupamento dos átomos em função dos estados da matéria. 
 
 
 
Fonte: 
29 
 
Os materiais encontrados na natureza, ou mesmo fabricados podem ser 
classificados segundo uma regularidade em que átomos ou íons estão 
arranjados com respeito aos outros. 
Assim, pode-se encontrar os materiais ditos cristalinos e os não cristalinos 
ou amorfos. 
 
a) Materiais Cristalinos - Um material cristalino apresenta uma ordem 
de átomos que se repete periodicamente até grandes distâncias 
atômicos. Esta ordem de átomos se forma durante a solidificação do 
material, em três dimensões, e cada átomo é vinculado com átomos 
vizinhos. Dentre os materiais cristalinos podemos destacar: todos os 
metais; muitos materiais cerâmicos e alguns polímeros. 
 
b) Materiais amorfos (não-cristalinos) - Dentre os materiais amorfos 
(materiais literalmente ”sem-forma”) incluem os gases, os líquidos e 
os vidros. Os dois primeiros são fluidos e são de maior importância 
em engenharia, já que incluem muitos dos nossos combustíveis e o 
ar necessário à combustão, como também a água. O vidro, o último 
dos três materiais amorfos, é considerado um líquido rígido; 
entretanto, quando considerarmos a sua estrutura, vemos que ele é 
mais do que apenas um líquido super-resfriado. 
 
 
3.2 ESTRUTURA CRISTALINA 
 
Se pudéssemos ampliar a maioria dos materiais sólidos a ponto de ver as 
partículas que o compõem, observaríamos que essas partículas se arrumam de 
uma forma muito organizada. 
Essa organização parece uma rede em três dimensões que se repete em 
todo o material. Ela é chamada de estrutura cristalina. Um exemplo desta 
regularidade estrutural pode ser observada no NaCl, conforme apresentado na 
Figura 14. 
30 
 
 
Figura 14 – Regularidade estrutural no NaCl. 
 
Materiais metálicos, como o ferro, o aço, o cobre e materiais não-
metálicos, como a cerâmica, apresentam esse tipo de estrutura. No caso das 
pedras preciosas e do quartzo, por exemplo, essa repetição muitas vezes 
controla a forma externa do cristal. 
Entre todas as estruturas do sistema cristalino que veremos adiante, 
destacamos a seguir as três estruturas cristalinas mais comuns, a hexagonal 
compacta (HC), a cúbica de face centrada (CFC) e a cúbica de corpo centrado 
(CCC). 
Dependendo da forma geométrica que essas estruturas cristalinas 
apresentam, elas recebem um nome. Assim, se você tiver metais como berílio, 
zinco e cádmio, a estrutura formada será um prisma hexagonal, com três átomos 
dentro dela. Essa estrutura se chama hexagonal compacta ou HC (figura 15). 
 
 
Figura 15 - Estrutura hexagonal compacta ou HC. 
 
31 
 
Se os metais a sua disposição forem alumínio, níquel, cobre, prata, ouro, 
platina, chumbo, por exemplo, a estrutura terá a forma de um cubo com um 
átomo em cada uma de suas faces. Essa estrutura recebe o nome de estrutura 
cúbica de face centrada, ou CFC (figura 16). 
 
 
Figura 16 - Estrutura cúbica de face centrada ou CFC. 
 
Metais como ferro, cromo, tungstênio, molibdênio apresentam a estrutura 
em forma de cubo com um átomo extra, em seu centro. Essa estrutura recebe o 
nome de estrutura cúbica de corpo centrado, ou CCC (figura 17). 
 
 
Figura 17 - Estrutura cúbica de corpo centrado ou CCC. 
 
As principais estruturas que formam alguns dos metais mais utilizados são 
apresentados a seguir: 
 CCC – Ba, Cr, Cs, Feα, Feβ, K, Li, Mo, Na, Nb, Ta, Tiβ, V, W e Zrβ. 
 CFC – Ag, Al, Au, Ca, Coβ, Cu, Feɣ, Ni, Pb, Pt, Rh e Sr. 
 HC – Be, Cd, Coα, Hfα, Mg, Os, Re, Ru, Ti a, Y, Zn e Zrα. 
32 
 
3.2.1 SISTEMAS CRISTALINOS 
 
Define-se um sistema cristalino como a forma do arranjo da estrutura 
atômica. A sua representação consiste em substituir átomos na rede espacial 
por conjunto de pontos. Chama-se célula unitária a menor porção constituinte de 
um reticulado cristalino, conforme apresentado na Figura 18. 
 
 
Figura 18 – Reticulado cristalino de uma estrutura CFC e sua célula unitária. 
 
A maioria dos materiais de interesse para a engenharia tem arranjos 
atômicos que se repetem nas três dimensões de uma unidade básica. Tais 
estruturas são denominadas cristais. Existem 7 tipos de principais de cristais, 
que são: cúbico, tetragonal,ortorrômbico, monoclínico, triclínico, hexagonal e 
romboédrico, conforme mostrado na figura 19. E 14 arranjos desses cristais 
denominado Rede de Bravais, que pode ser visto na figura 20. 
 
 
Figura 19 – Os 7 sistemas cristalinos. 
33 
 
 
Figura 20 – Sistemas cristalinos – Redes de Bravais. 
 
A organização tridimensional dos átomos (arranjo das células unitárias) 
se repete simetricamente até os contornos dos cristais (também chamados 
contornos de grãos). 
Na representação com esferas, observe como elas estão organizadas 
muito juntas. Porém, por mais juntas que estejam, há espaços vazios entre elas, 
como uma pilha de laranjas arrumadas na banca da feira. Quando os metais são 
deformados por processos mecânicos, como a laminação, as camadas de 
átomos deslizam umas sobre as outras ao longo dos planos de átomos que se 
formam nas estruturas cristalinas. Esses planos são chamados de planos 
cristalinos. 
As estruturas cristalinas cúbicas possuem mais planos de átomos do que 
as estruturas hexagonais. Por isso, é mais fácil deformar um material que possui 
estrutura cúbica, como o alumínio, o cobre e o ferro, do que um metal que possui 
estrutura hexagonal como o magnésio e o cádmio. 
34 
 
Ao estudar os metais e suas propriedades, você também ouvirá falar de 
defeitos cristalinos. Esses defeitos, que se formam na maioria das vezes durante 
o processo de fabricação, surgem na forma de contorno dos grãos, por exemplo. 
E como o contorno do grão se forma? É simples. Durante o processo de 
solidificação de qualquer metal, a formação dos cristais se inicia em diversos 
pontos ao mesmo tempo. Nos locais onde esses cristais se encontram, forma-
se uma área de transição com átomos que não pertencem a nenhum dos cristais, 
é o contorno do grão (figura 21). 
 
 
Figura 21 – Formação dos contornos de grãos. a) início da solidificação, 
pequenos núcleos de sólidos (grãos) espaçados no líquido; b) os grãos 
seguem crescendo ainda envoltos por material líquido e c) grãos já formados e 
seus contornos de grãos. 
 
 
O tamanho e a orientação dos grãos são importantes na metalurgia e pode 
influenciar as propriedades mecânicas dos componentes de um mecanismo. 
Com tratamentos térmicos e deformações plásticas (figura 22) podemos 
modificar o tamanho e a forma dos grãos. Na região dos contornos dos grãos, a 
deformação é mais difícil, pois os planos cristalinos são interrompidos, 
dificultando o deslizamento. Por isso, a ruptura de um metal, na maioria dos 
casos, acontece no contorno do grão. 
 
 
35 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 22 – Grãos deformados plasticamente em um processo de laminação. 
 
 
3.2.2 ALOTROPIA OU POLIMORFISMO 
 
É a propriedade que possui um corpo de apresentar-se em dois ou mais 
estados cristalinos diferentes, seja pela simetria, seja pela estrutura reticular, de 
acordo com a mudança de temperatura. Assim, o ferro apresenta-se em três 
estados alotrópicos, conforme a temperatura em que é considerado. 
Essas três formas alotrópicas são definidas como: Ferro α (Ferro alfa) 
(CCC), Ferro ɣ (Ferro gama) (CFC) e Ferro δ (ferro delta) (CCC). 
Em temperatura ambiente, a forma alotrópica do ferro caracteriza-se pela 
estrutura CCC, sendo este conhecido como ferro α. Quando este é aquecido à 
910°C, observa-se uma mudança radical na estrutura cristalina do ferro, e ele 
passa então a estrutura CFC, sendo denominado então ferro ɣ. Caso o material 
seja aquecido até 1400°C, a estrutura volta a ser CCC. Neste caso o ferro passa 
ser chamado de ferro δ. 
 
 
 
 
 
 
 
 
36 
 
 
DEFEITOS CRISTALINOS E 
ATOMÍSTICA DOS METAIS 
 
 
INTRODUÇÃO 
 
Embora até aqui se tenha representado uma estrutura cristalina como 
uma rede de pontos que se distribui regularmente pelo espaço com átomos a ela 
associados e também regularmente distribuídos, isto não acontece nos materiais 
cristalinos reais. Todos os materiais cristalinos possuem um certo número de 
defeitos os quais podem influir decisivamente em suas propriedades. 
Defeito cristalino é uma imperfeição ou um "erro" no arranjo periódico 
regular dos átomos em um cristal. Na realidade, os cristais nunca são perfeitos 
e contêm vários tipos de imperfeições e defeitos, que afetam muitas das suas 
propriedades físicas e mecânicas, o que, por sua vez, altera propriedades de 
engenharia importantes, tais como a plasticidade4 (a frio) das ligas, a 
condutividade eletrônica dos semicondutores (condutividade dos 
semicondutores depende das impurezas presentes) a velocidade de migração 
dos átomos nas ligas (a difusão atômica pode ser acelerada pelas impurezas e 
imperfeições) a cor e luminescência de muitos cristais se devem as impurezas 
ou imperfeições, assim como a corrosão dos metais. Os defeitos são 
importantes, mesmo em concentrações muito pequenas, porque podem causar 
uma mudança significativa nas propriedades de um material. Por exemplo, sem 
a presença de defeitos: 
• Os dispositivos eletrônicos do estado sólido não existiriam; 
• Os metais seriam muito mais resistentes; • os cerâmicos seriam muito 
mais tenazes; 
• Os cristais não teriam nenhuma cor. 
 
4 Capacidade de um material de se deformar plasticamente, isto é, permanentemente. A plasticidade 
permite a conformação dos metais no estado sólido por meio de operações metalúrgicas, como: 
forjamento, laminação, estiramento, extrusão, estampagem, etc. 
4 
37 
 
As imperfeições nas redes cristalinas são classificadas de acordo com a 
sua geometria e forma. Podem envolver uma irregularidade na posição dos 
átomos ou no tipo de átomos. O tipo e o número de defeitos dependem do 
material, do meio ambiente, e das circunstâncias sob as quais o cristal é 
processado. 
Os tipos de defeitos podem ser definidos como: 
• Defeitos pontuais: irregularidades que se estendem sobre somente 
alguns átomos (defeitos adimensionais - dimensão zero), podendo ser 
lacunas, intersticiais ou substitucionais; 
• Defeitos lineares: irregularidades que se estendem através de uma 
única fileira de átomos (unidimensionais), podendo ser discordâncias 
em hélice ou discordâncias em cunha; 
• Defeitos planares: irregularidades que se estendem através de um 
plano de átomos (bidimensionais, que incluem as superfícies 
exteriores e os limites de grão interiores), podendo ser contornos de 
pequeno ângulo, contornos de grão, interface precipitado - matriz; 
• Defeitos volumétricos: defeitos macroscópicos tridimensionais se 
estendem sobre o conjunto dos átomos na estrutura ou no volume. 
Como exemplos destes defeitos pode-se citar os poros, as fendas, os 
precipitados e as inclusões. 
 
4.1 DEFEITOS PONTUAIS 
 
A figura 23 abaixo mostra os tipos de defeitos pontuais que podem ocorrer 
em uma estrutura cristalina e a seguir será definido cada um deles. 
 
 
Figura 23 – Tipos de defeitos pontuais. 
38 
 
4.1.1 DEFEITOS DE LACUNAS 
 
O defeito pontual mais simples é a lacuna, que corresponde a uma 
posição atômica na qual falta um átomo (figura 24). As lacunas podem ser 
originadas durante a solidificação, como resultado de perturbações locais 
durante o crescimento dos cristais, ou podem ser criadas pelo rearranjo dos 
átomos de um cristal, devido à mobilidade atômica. 
 
Figura 24 - Defeitos pontual de lacuna na rede de um metal sólido compacto. 
 
 
4.1.2 DEFEITOS INTERSTICIAIS 
 
Um átomo de um cristal pode, por vezes, ocupar um interstício5 entre os 
átomos vizinhos em posições atômicas normais (figura 25). Este tipo de defeito 
pontual é designado por auto-intersticial ou intersticial. Assim, um defeito auto-
intersticial deve-se a um átomo do cristal posicionado em um sítio intersticial, 
que em circunstâncias normais estaria vago (figura 26). 
 
Figura 25 - Defeito pontual auto-intersticial ou intersticial, na rede de um metal 
sólido compacto. 
 
5 Espaçosvazios entre os átomos. 
39 
 
 
Figura 26 - Defeito auto-intersticial e sítio intersticial vago. 
 
A presença de um átomo em uma posição que não pertence à estrutura 
do cristal perfeito (figura 27) como a ocupação de um vazio intersticial, por 
exemplo, significa uma distorção na estrutura devido ao desajuste causado pela 
presença deste átomo (tem efeito endurecedor). É importante lembrar que 
desvios ou distorções na distância interatômica de equilíbrio causam aumento 
de energia. Ocorre quando átomos têm tamanho muito menor do que o solvente. 
Tem maior mobilidade na rede, pois interdifusão não exige mecanismo de 
lacunas. Caso do H e do C nos aços. 
 
 
Figura. 27 - Defeito intersticial. 
40 
 
4.1.3 DEFEITOS SUBSTITUCIONAL 
 
Ocorre quando átomos têm tamanhos próximos aqueles da matriz (figura 
28) com diferenças entre raios menor que 15%. Gera distorção no reticulado: 
introduz tensões, atua como barreira ao movimento de discordâncias e aumenta 
a resistência do material. É mais difícil se mover (interdifusão) pela rede 
cristalina. Exemplos: Ni em aços inoxidáveis austeníticos esta dissolvido na 
austenita e Zn (abaixo de 30 %) no cobre forma latão. 
 
Figura 28 – (a) substitucional átomo grande e (b) substitucional átomo 
pequeno. 
 
4.1.4 DEFEITOS PONTUAIS EM SÓLIDOS IÔNICOS 
 
Nos cristais iônicos, os defeitos pontuais são mais complexos, devido à 
necessidade de manter a neutralidade elétrica. Quando, num cristal iônico, 
faltam dois íons de cargas contrárias, origina-se uma bilacuna cátion-ânion que 
é conhecida por defeito de Schottky (figura 29). Se, num cristal iônico, um cátion 
se move para um interstício, cria-se uma lacuna catiônica no local onde o íon se 
encontrava. Este par lacuna-intersticial é designado por defeito de Frenkel (figura 
29). A presença destes defeitos nos cristais iônicos aumenta a sua 
condutibilidade elétrica. 
41 
 
 
Figura 29 - Representação bidimensional de um cristal iônico, mostrando um 
defeito de Frenkel e um defeito de Schottky. 
 
Átomos de impurezas do tipo substitucional ou intersticial também são 
defeitos pontuais e podem surgir em cristais metálicos ou covalentes. Por 
exemplo, pequenas quantidades de átomos de impurezas substitucionais podem 
afetar fortemente a condutibilidade elétrica do Silício puro usado em dispositivos 
eletrônicos. Nos cristais iônicos, os átomos de impurezas também são 
considerados defeitos pontuais. 
A figura 30, a esquerda, mostra os defeitos pontuais de vazios ou lacunas 
e intersticiais em um modelo de estrutura cristalina em duas dimensões (2D) e 
as linhas de distorção causadas por esses defeitos nos planos de átomos, a 
direita uma representação em três dimensões (3D) desses defeitos mais o 
substitucional. 
 
 
Figura 30 –Representação em 2D e 3D dos defeitos pontuais na 
estrutura cristalina 
42 
 
4.2 DEFEITOS LINEARES (DISCORDÂNCIAS) 
 
Nos sólidos cristalinos, os defeitos lineares ou discordâncias são defeitos 
que originam uma distorção da rede centrada em torno de uma linha. As 
discordâncias são originadas durante a solidificação dos sólidos cristalinos. 
Podem também ser originadas por deformação plástica, ou permanente, de 
sólidos cristalinos, por condensação de lacunas e por desajustamentos atômicos 
em soluções sólidas. Os dois principais tipos de defeitos lineares são: 
discordâncias em linha, cunha (aresta) e em hélice espiral (ou parafuso). A 
combinação destes dois tipos origina as discordâncias mistas, que têm 
componentes cunha (aresta) e parafuso (espiral). Pode-se criar uma 
discordância em cunha (aresta), num cristal, por inserção de um semi-plano 
atômico adicional (ou extra), resultante do deslocamento de um plano atômico 
em sentidos opostos, (figura 31a), imediatamente acima do símbolo T. O "tê" 
invertido. ⊥, indica uma discordância cunha positiva, enquanto que o "tê" normal, 
T, indica uma discordância cunha negativa. O deslocamento dos átomos em 
torno da discordância é designado por vetor de escorregamento ou vetor de 
Burgers b e é perpendicular à linha da discordância cunha (Figura 31b). 
 
 
Figura 31 - (a) Discordância cunha (aresta) positiva, numa rede cristalina. 
Aparece um defeito linear na região imediatamente acima do "tê" invertido, ⊥, 
onde um semiplano atômico foi introduzido. (b) Discordância cunha (aresta) 
com indicação da orientação do vetor de Burgers ou de escorregamento b. 
 
43 
 
As discordâncias são defeitos de não-equilíbrio e armazenam energia na 
região distorcida da rede cristalina, em torno da discordância. Na discordância 
cunha (aresta) existe uma região em compressão, do lado em que o semiplano 
adicional se encontra, e uma região em tração abaixo do semiplano atômico 
adicional (figura 32). 
 
 
Figura 32 – Campos de deformação de compressão e tração em torno de uma 
discordância cunha (aresta). 
 
Uma discordância em hélice espiral (ou parafuso) pode ser formada num 
cristal perfeito aplicando tensões de corte, para cima e para baixo, em regiões 
do cristal perfeito que foram separadas por um plano de corte, como se mostra 
na Figura 33. Estas tensões de corte introduzem uma região com a rede 
cristalina distorcida, com a forma de uma rampa, em espiral, de átomos 
distorcidos em torno da linha da discordância parafuso (Figura 33). A região 
distorcida não é bem definida e tem um diâmetro de, pelo menos, vários átomos. 
A energia é armazenada na região distorcida criada em torno da discordância 
parafuso (Figura 34). O vetor de escorregamento ou de Burgers da discordância 
parafuso (espiral) é paralelo à linha da discordância, como se mostra na Figura 
33. 
 
 
44 
 
 
Figura 33 – Discordância parafuso (espiral) numa rede cristalina cúbica. 
 
 
 
Figura 34 - Campo de deformação em torno de uma discordância parafuso 
(espiral). 
 
 
A discordância parafuso é criada por aplicação, num plano de corte, de 
tensões de corte (ou tangenciais), para cima e para baixo. Uma discordância 
parafuso consiste numa rampa, em espiral, de átomos distorcidos e é 
representada, no desenho, por uma linha. O alcance da distorção não está 
45 
 
definido, mas é, pelo menos, de vários átomos. O vetor de escorregamento (vetor 
de Burgers) da discordância parafuso é paralelo à linha da discordância. 
Nos cristais, a maior parte das discordâncias é do tipo misto, tendo 
componentes cunha (aresta) e parafuso (espiral). A discordância curvilínea 
representada na figura 35, é parafuso no ponto, à esquerda, onde entra no 
cristal, e cunha no ponto, à direita, onde sai do cristal. No interior do cristal, a 
discordância é mista, com componentes cunha e parafuso (aresta e espiral). 
 
 
Figura 35 - Discordância mista num cristal. A discordância, de linha AB, é 
parafuso no ponto, à esquerda, em que entra no cristal, e cunha no ponto, à 
direita, onde sai do cristal. 
 
4.3 DEFEITOS SUPERFICIAIS (PLANARES) 
 
 
Os defeitos superficiais são defeitos bidimensionais ou interfaciais que 
compreendem regiões do material com diferentes estruturas cristalinas e/ou 
diferentes orientações cristalográficas. Estes defeitos incluem: 
• Superfícies externas; 
• Contornos de fase; 
• Contorno de grão; 
• Contornos de macla; 
• Defeitos de empilhamento. 
 
46 
 
4.3.1 SUPERFÍCIES EXTERNAS 
 
Átomos da superfície apresentam ligações químicas insatisfeitas e em 
virtude disto, estão em um estado de energia mais elevado que os átomos do 
núcleo (com menor número de coordenação). As ligações insatisfeitas dos 
átomos da superfície dão origem a uma energia de superfície ou energia 
interfacial (J/m2). 
A redução desta energia adicional (tudo tende a menor energia) é obtida 
pela redução da área superficial. No caso de gotas de líquido, estas tendem a 
assumir a forma esférica (maior volume com a menor área exposta). 
 
4.3.2 CONTORNO DE FASE 
 
Os contornos de fase são as fronteiras que separam fases com estruturas 
cristalinase composições distintas (figura 36). 
 
 
Figura 36 - Exemplo de contorno de fase. 
 
4.3.3 CONTORNO DE GRÃO 
 
Os contornos de grão são defeitos interfaciais, em materiais 
policristalinos, que separam grãos (cristais) com diferentes orientações. Nos 
materiais metálicos, os contornos de grão formam-se durante a solidificação, 
quando os cristais, gerados a partir de diferentes núcleos, crescem 
47 
 
simultaneamente e se encontram. A forma dos limites de grão é determinada 
pelas restrições impostas pelo crescimento dos grãos vizinhos. Na figura 37, 
mostram-se, esquematicamente, as superfícies dos limites de grão de uma 
estrutura de grãos aproximadamente equiaxiais e, na figura 38, mostram-se 
grãos reais. 
 
 
Figura 37 - Esquema mostrando a relação entre a estrutura bidimensional de 
um material cristalino e a rede tridimensional subjacente. Apenas se mostram 
partes do interior e das faces dos grãos. 
 
 
Figura 38 - Limites de grão na superfície de amostras polidas e atacadas 
quimicamente, observadas em microscopia ótica. Aço de baixo carbono 
(Ampliação 1005 x). 
48 
 
4.3.4 TAMANHO DE GRÃO 
 
O tamanho de grão dos metais policristalinos é importante, já que a área 
de limites de grão tem um efeito importante em muitas propriedades dos metais, 
especialmente na resistência mecânica. À temperaturas mais baixas (inferiores 
a cerca de metade da temperatura absoluta de fusão), os limites de grão 
provocam um aumento da resistência mecânica dos metais, porque dificultam o 
movimento das discordâncias sob tensão. A temperaturas elevadas, pode 
ocorrer o escorregamento ao longo dos limites de grão e estes tornam-se regiões 
de fraqueza nos metais policristalinos. 
 
4.3.5 CONTORNO DE MACLA 
 
As maclas são um tipo especial de contorno de grão no qual existe uma 
simetria especular, ou seja, os átomos de um lado do contorno estão localizados 
em uma posição que é a posição refletida do outro lado (figura 39). A região de 
material entre os contornos é chamada macla. As maclas são resultantes de 
deslocamentos atômicos produzidos por tensões de cisalhamento (maclas de 
deformação) ou durante tratamento térmico (maclas de recozimento). A 
formação de maclas (maclação) ocorre em planos cristalográficos definidos e 
direções cristalográficas específicas, que são dependentes da estrutura 
cristalina. Maclas de recozimento ocorrem em metais com estrutura CFC e 
maclas de deformação ou mecânicas são observáveis em metais CCC e HC. 
 
 
Figura 39 - Contorno de macla (‘twin boundary’) que separa duas regiões 
cristalinas, que são, estruturalmente, imagem especular uma da outra. 
49 
 
 
4.3.6 DEFEITOS DE EMPILHAMENTO 
 
São comuns em materiais cúbicos de face centrada (CFC), ocorrem nos 
materiais quando há uma interrupção na sequência de empilhamento, por 
exemplo na sequência ABCABCABC....(figura 40) dos planos compactos dos 
cristais CFC. 
 
 
Figura 40 – Sequencias de empilhamento de planos compactos. 
 
 
Nos cristais CFC esta sequência é do tipo ABCABCABC..., nos cristais 
hexagonais compactos (HC) ela é ABABAB..., uma sequência 
ABCABABCABC...em uma região do cristal CFC, caracteriza uma falha de 
empilhamento, que vem a ser uma pequena região HC dentro do cristal CFC. 
 
4.4 DEFEITOS TRIDIMENSIONAIS 
 
São as partículas de segunda fase, poros e trincas. Os precipitados são 
divididos em dois tipos: partículas de segunda fase e inclusões, isto porque 
quando dois componentes são misturados, podem acontecer basicamente três 
situações: 
• caso 1 - solubilização total de um componente no outro: como é o 
caso da mistura de água com álcool - a solução resultante é uma mistura 
homogênea na qual não se consegue mais distinguir os componentes que lhe 
deram origem. 
50 
 
• caso 2 - solubilização parcial de um componente no outro: como é o 
caso da mistura de água com açúcar - a solução resultante depende das 
proporções relativas de cada um dos componentes – se adicionarmos uma 
colher de açúcar a um copo de água teremos uma solução homogênea (uma 
água adocicada), solução esta que também não permite distinguir os 
componentes que lhe deram origem; Contudo, se adicionarmos cinco colheres 
de açúcar a um copo de água veremos que parte do açúcar se dissolverá na 
água, mas parte dele ficará sedimentado no fundo do copo. Em casos como este 
se diz que há solubilidade parcial entre os componentes da mistura. 
• caso 3 - solubilização nula de um componente no outro: como é o 
caso da mistura de água com óleo - não há solução, e sim uma mistura de dois 
componentes, o de maior densidade ficando no fundo do copo. 
Tanto no caso 2 como no caso 3 temos misturas heterogêneas, formadas 
por duas fases distintas: caso 2 - a primeira fase (fase a) é a solução água 
adocicada e a segunda fase (fase b) é a sedimentação do fundo do copo; caso 
3 - a primeira fase (fase a) é a água e a segunda fase (fase b) é o óleo. A 
ocorrência de uma segunda fase deve-se ao grau de solubilidade entre os 
componentes da mistura. Estes são exemplos de precipitados chamados de 
partículas de segunda fase. A mistura água com açúcar foi feita de propósito. 
Como a solubilidade do açúcar na água é limitada, pode haver o aparecimento 
de uma segunda fase se adicionarmos açúcar em quantidade exagerada. 
Mas, se adicionarmos açúcar em quantidade exagerada pode aparecer 
também uma abelha e cair dentro do copo. Bem, a abelha é o que se poderia 
chamar de inclusão. Aparece lá sem que a gente tenha propositadamente 
adicionado. É o caso dos óxidos e de outras partículas como sulfetos e fosfetos, 
por exemplo. Elas são decorrentes de reações de oxi-redução entre o oxigênio 
do ar com os metais componentes da mistura, ou advém de reações entre 
componentes da matéria-prima utilizada (por exemplo, o enxofre que está 
presente no coque que por sua vez é utilizado na fabricação do aço) com os 
componentes da mistura. 
 
 
 
 
51 
 
 
DIFUSÃO E MOVIMENTOS 
ATÔMICOS: 
TRANSFERÊNCIA DE MASSA 
 
INTRODUÇÃO 
 
Difusão é o transporte de matéria no estado sólido, induzido por agitação 
térmica. Outra definição: é o movimento de uma espécie química de uma região 
de alta concentração para outra de baixa concentração. 
Muitas reações e processos industriais importantes no tratamento de 
materiais dependem do transporte de massa de uma espécie sólida, liquida ou 
gasosa (a nível microscópico) em outra fase sólida. Isso é realizado 
obrigatoriamente através da difusão. 
A difusão pode ser definida então, como sendo o mecanismo pelo qual a 
matéria é transportada através da matéria. Os átomos, em gases, líquidos e 
sólidos, estão em movimento constante e migram ao longo do tempo. Nos gases, 
os movimentos atômicos são relativamente rápidos, conforme mostra o 
movimento rápido dos odores culinários ou do fumo. Nos líquidos, os 
movimentos atômicos são, em geral, mais lentos do que nos gases, como é 
evidenciado pelo movimento da tinta em água líquida. Nos sólidos, os 
movimentos atômicos são dificultados devido à ligação dos átomos em posições 
de equilíbrio. Contudo, as vibrações térmicas que ocorrem nos sólidos permitem 
o movimento de alguns átomos. Nos metais e ligas metálicas, a difusão dos 
átomos é particularmente importante, já que a maior parte das reações no estado 
sólido envolve movimentos atômicos. Como exemplos de reações no estado 
sólido, temos a precipitação de uma segunda fase a partir de uma solução sólida 
e a nucleação e crescimento de novos grãos, durante a recristalização de um 
metal deformado a frio. 
Como exemplos importantes do efeito da difusão na Engenharia Mecânica 
pode-se citar a cementação, a sinterização, a soldagem por difusão, tratamentos 
térmicos, (galvanização e tempera) e as operações de transferência de massa 
5 
52 
 
na Engenharia Química. Na Engenharia Elétrica a difusão de impurezas em 
bolachas de silício, de modo a alterar as propriedades elétricas, é importante