Aula 3 - Discordâncias

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Imperfeições nos Sólidos
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• Quando a tensão supera a tensão de escoamento iniciam-se as rupturas das ligações
químicas e os movimentos atômicos no interior dos materiais.
• Os átomos tem uma tendência a rolarem uns sobre os outros, e os esforços de
cisalhamento são os responsáveis pelos movimentos atômicos.
• Os esforços externos sendo de tração ou compressão, são as tensões responsáveis pela
deformação plástica.
• As tensões de cisalhamento responsáveis pela deformação serão componentes desses
valores externos.
Discordâncias
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Discordâncias
• Nos materiais cristalinos o principal mecanismo de deformação
plástica consiste no escorregamento de planos atômicos através
da movimentação de discordâncias.
• As discordâncias são planos incompletos de átomos gerados no
momento da cristalização devido a má formação dos planos
vizinhos.
• Discordância Aresta – é um distorção localizada da rede cristalina
ao longo da extremidade de um semiplano adicional de átomos,
que também define a linha de discordância.
• Discordância Espiral – pode ser considerada como sendo
resultante de uma distorção por cisalhamento.
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Formação de um degrau na superfície de um metal pela movimentação de (a) uma
discordância em aresta e (b) uma discordância em espiral.
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Tensão de 
cisalhamento
Tensão de 
cisalhamento
Tensão de 
cisalhamento
Plano de 
escorregamento
Linha de 
discordância, 
aresta
Deformação plástica produzida pela movimentação de uma 
discordância em cunha
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• Tensões de tração e compressão no reticulado próximo, podem
se repelir (a) ou se anular (b) dependendo da localização dessas
forças.
Características das discordâncias: 
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Escorregamento em Monocristais e Policristais
Alteração da microestrutura de um metal policristalino em 
consequência da deformação plástica.
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Mecanismos de endurecimento em metais
Restringir ou dificultar a movimentação das discordâncias torna
os metais mais resistentes, mais duros e menos dúcteis.
Isso pode ser obtido por:
• Endurecimento por deformação plástica (encruamento)
• Endurecimento por diminuição (refino) do tamanho do grão.
• Endurecimento por solução sólida
• Endurecimento por precipitação ou dispersão
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Encruamento
• É o mecanismo pelo qual um material
dúctil se torna mais duro e resistente
depois de ter sido submetido a uma
deformação plástica.
• Durante a deformação plástica, as
discordâncias movimentam-se,
multiplicam-se, interagem entre si
formando “emaranhados”.
• Para que a movimentação das
discordâncias ocorra passa a haver a
necessidade de tensões crescentes.
Densidade de discordâncias :
2 x 108 cm/cm3
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Refino de Grão
• Nos materiais monofásicos, a variação do limite de escoamento
(𝜎𝑦) com o tamanho do grão médio (d) é expressa por:
(Relação de Hall-Petch)
onde: 𝜎0 𝑒 𝑘𝑦 são constantes características do material.
• Contornos de grão são obstáculos para a movimentação de 
discordâncias
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Interação entre uma discordância em movimento e um contorno de grão.
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Solução Sólida
• É caracterizada pela formação de ligas com átomo de impureza
que entra em lugares intersticiais e substitucionais na estrutura
cristalina, sem o aparecimento de uma segunda fase desses
átomos. Ocorrendo solubilidade total.
• Os campos de tensão gerados por átomos de soluto que
interagem com os campos de tensão das discordâncias,
dificultando a movimentação das discordâncias e,
consequentemente, promovendo endurecimento.
• O aumento da concentração de impurezas resulta em um
consequente aumento no limite de resistência à tração e no limite
de escoamento .
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Solução Sólida
Variação de: (a) resistência à tração; (b) limite de escoamento (c) 
ductilidade com o teor de Ni para ligas Cu-Ni
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Mecanismos de Recuperação
Recristalização e Crescimento de Grão
• Uma fração da energia gasta na deformação é armazenada no
metal na forma de uma energia de deformação, que está
associada a zonas de tração, compressão e cisalhamento ao redor
de discordâncias recém criadas.
• Essas deformações estruturais podem ser revertidas novamente
para os seus estados anteriores ao trabalho a frio mediante um
tratamento térmico de recozimento.
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• Na ausência da aplicação de tensão externa, uma parte da
energia interna de deformação armazenada é liberada em
virtude do movimento das discordâncias, que resultam de uma
melhor difusão atômica a temperatura mais elevada.
• Resultando numa redução no número de discordâncias e sendo
produzidas configurações de discordâncias que possuem baixas
energias de deformação.
Recuperação
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• Ocorre a formação de um novo conjunto de grãos livres de
deformação, com baixas densidades de discordâncias.
• As propriedades mecânicas, alteradas como resultado do
trabalho a frio, são restauradas aos seus valores iniciais, o
material se torna mais macio, menos resistente mais dúctil.
• O grau de recristalização depende tanto do tempo como da
temperatura.
• A temperatura de recristalização é a temperatura na qual a
recristalização atinge seu término em exatamente 1 hora.
• No trabalho a quente o material permanece relativamente macio
e dúctil durante a deformação, pois ele não sofre encruamento,
sendo possíveis grandes deformações.
Recristalização
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Recristalização
Recristalização de latão encruado (40X). De (a) a (h) pode-se ver a
recristalização e o crescimento dos grãos em temperaturas elevadas.
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liga de Cu-Zn
Recristalização
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Recristalização
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Crescimento de grão 
• Após a recristalização, os grãos livres de deformação
continuarão a crescer se a amostra for deixada a uma
temperatura elevada.
• O crescimento de grão ocorre pela migração de contornos de
grão.
• O movimento dos contornos consiste simplesmente na difusão
dos átomos em pequena escala de um lado do contorno de
grão para outro.
• O crescimento de grão procede mais rapidamente à medida
que a temperatura aumenta.
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Falha
Mecanismos de Fratura
• “Fratura é a separação ou fragmentação de um corpo sólido em
duas ou mais partes sob a ação de tensão.”
• Fratura Dúctil: acompanhada de intensa deformação plástica
• Fratura Frágil: Não é acompanhada de deformação plástica
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• Monocristais
• Ação sucessiva de linhas de discordâncias em um ou mais
sistemas de escorregamento (heterogeneidade de deformação)
• Cisalhamento – monocristais orientados para ativação de um
único sistema de escorregamento
Fratura dúctil
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Fratura dúctil
• Fratura dúctil por cisalhamento
• A fratura vai ocorrer quando a cessão 
resistente for uma linha
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• Ativação de mais de um sistema de
escorregamento:
• A evolução da deformação leva à
formação da estricção
• Se a amostra for homogênea e livre de
partículas, a seção
resistente diminui até se tornar um ponto.
Este fenômeno é conhecido como “colapso
plástico”
• Se o monocristal for orientado de modo
não favorável à ativação de sistemas de
escorregamento, a fratura ocorre por
clivagem
Fratura dúctil
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• Este fenômeno é conhecido como “colapso plástico”
• Se o monocristal for orientado de modo não favorável à ativação
de sistemas de escorregamento, a fratura ocorre por clivagem
Fratura dúctil
• Cisalhamento e colapso plástico são fenômenos raros
• Ouro pode fraturar por colapso plástico
• Materiais “normais” do dia a dia têm barreiras internas às
discordâncias:
• Contornos de grão
• Contornos de macla
• Partículas
• Precipitados
• Inclusões
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Fratura dúctil
Microcavidades
• Partículas de segunda fase favorecem o aparecimento de 
microcavidades
• Fratura da partícula
• Descolamento da interface
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• Ocorre com baixa absorção de energia – Pouca ou nenhuma
deformação plástica
• Mecanismos
• Clivagem – Ruptura total de ligações químicas ao longo de
um plano cristalino (fratura transgranular)
• Fratura intergranular – Decoesão de contornos de grão
Fratura Frágil
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Fratura por clivagem
• Característica: presença de facetas
correspondentes ao plano
cristalográfico.
• A trinca pode se propagar em
planos paralelos, mudando de plano
à medida que propaga.
• A mudança de plano causa o
aparecimento de degraus
• O acúmulo de degraus resulta em
uma morfologia chamada de
“Marcas de rio” (River marks)
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Fratura por clivagem
Degraus
• A clivagem é um processo de baixa energia
• No encontro de dois degraus, a fratura ocorre por deformação 
plástica, que é um processo de alta absorção de energia
• Isso afeta a energia total absorvida durante a fratura
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