TM-229-Introdu--o-aos-Materiais---Prof-Silvio

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INTMAT-1 Estrutura e Propriedades dos Metais Puros 
 
Conteúdo 
 Propriedades dos materiais (propriedades mecânicas, térmicas e químicas) 
 Tipos e níveis de estruturas (macro, micro-cristalinas) e ligações químicas; 
 Estruturas cristalinas (tipos, principais estruturas cristalinas dos metais e suas 
características); 
 Transformação no estado sólido (mudanças que ocorrem no metal com 
mudança de temperatura e a sua importância tecnológica); 
 Microestruturas (morfologia – constituintes e grãos); 
 Conceitos preliminares de defeitos da estrutura cristalina (definição de 
discordância e empilhamento, visando o entendimento de fenômenos como 
encruamento, contornos de grãos, alívio de tensão, etc.); 
 Deformação a Quente e a Frio (recristalização, recuperação, crescimento de 
grão e encruamento); 
 Exemplos de efeitos da deformação sobre as propriedades mecânicas do 
material. 
PROF. SILVIO F. BRUNATTO 
LÍDER GTFAP&MP/CNPq 
PROF. SILVIO F. BRUNATTO 
LÍDER GTFAP&MP/CNPQ 
COORDENADOR DO LTPP 
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PROPRIEDADES MECÂNICAS 
 
Resistência mecânica 
Elasticidade 
Ductilidade 
Dureza 
Resiliência 
Tenacidade 
 
COMO SE DETERMINAM AS PROPRIEDADES MECÂNICAS? 
 
A determinação das propriedades mecânicas é feita através de ensaios 
mecânicos, via corpos de prova e procedimentos baseados nas normas 
técnicas para garantir que os resultados sejam comparáveis. 
 
As normas técnicas mais comuns são elaboradas pelas: 
- ASTM (American Society for Testing and Materials) 
- ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas) 
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PROPRIEDADES MECÂNICAS STRESS X STRAIN 
 
 
 
Fonte : Callister 7th edn. (2007) 
= F/A0 
g = tan q 
Tensão de 
cisalhamento (F 
paralelo a A0) 
Deformação é a 
tangente do angulo 
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PROPRIEDADES MECÂNICAS STRESS X STRAIN 
 
 
 
Fonte : Callister 7th edn. (2007) 
Estado de tensão: 
 
A tensão depende do plano de interesse 
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PROPRIEDADES MECÂNICAS 
 
1 - ENSAIO DE TRAÇÃO (obtenção da curva Tensão x Deformação) NBR-
6152 para metais 
 
Componentes básicos da máquina de ensaio: 
Sistema de aplicação de carga 
dispositivo para prender o corpo de prova 
Sensores que permitam medir a tensão aplicada 
 e a deformação (extensômetro) 
 
TENSÃO 
= F/Ao (MPa, Kgf/mm2, ...) 
 
Como efeito da aplicação da tensão tem-se a deformação: 
 
DEFORMAÇÃO 
e = l/lo (mm/mm) 
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PROPRIEDADES MECÂNICAS 
 
TENSÃO E DEFORMAÇÃO 
 
 
 
TENSÃO 
= FESC/MÁX/RUP/Ao 
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PROPRIEDADES MECÂNICAS 
 
TENSÃO E DEFORMAÇÃO 
 
 
 
Fonte : Callister 7th edn. (2007) P
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PROPRIEDADES MECÂNICAS 
 
DEFORMAÇÃO ELÁSTICA 
 
Para a maioria dos metais que são solicitados em tração e com níveis 
de tensão relativamente baixos, a tensão e a deformação são 
proporcionais de acordo com a relação: 
 
 
 
Esta é a conhecida lei de Hooke 
e a constante de proporcionalidade 
“E” é o módulo de elasticidade, ou módulo de Young. 
 
As deformações elásticas não são permanentes, ou seja, quando a 
carga é removida, o corpo retorna ao seu formato e dimensões 
originais. 
Lei de Hooke:  = Ee 
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http://pt.wikipedia.org/wiki/M%C3%B3dulo_de_elasticidade
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PROPRIEDADES MECÂNICAS 
 
DEFORMAÇÃO ELÁSTICA 
 
Geralmente assume-se que a deformação elástica é independente do 
tempo, ou seja, quando uma carga é aplicada, a deformação elástica 
permanece constante durante o período em que a carga é mantida 
constante. 
 
Também é assumido que após a remoção da carga, a deformação é 
totalmente recuperada, ou seja, a deformação imediatamente retorna 
para o valor zero. 
 
Características: 
É reversível, desaparecendo quando a tensão é removida 
É praticamente proporcional à tensão aplicada (respeita a 
 Lei de Hooke) 
Precede à deformação plástica 
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PROPRIEDADES MECÂNICAS 
 
DEFORMAÇÃO ELÁSTICA 
 
 
1. Initial 2. Small load 3. Unload 
F 
d 
bonds 
stretch 
return to 
initial 
Fonte : Callister 7th edn. (2007) 
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PROPRIEDADES MECÂNICAS 
 
MÓDULO DE ELASTICIDADE OU DE YOUNG (E) 
 
É o quociente entre a tensão aplicada e a deformação elástica 
resultante. 
Está relacionado com a rigidez do material ou à resist. à deformação 
elástica. 
Está relacionado diretamente com as forças das ligações interatômicas. 
 
 E= tan a = /e 
Rigidez -> resistência 
à deformação elástica 
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PROPRIEDADES MECÂNICAS 
 
MÓDULO DE ELASTICIDADE OU DE YOUNG (E) 
Força e Energia Potencial de 
interação entre átomos: 
-Atração 
-Repulsão 
 
r0 
Fonte : Callister 7th edn. (2007) 
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PROPRIEDADES MECÂNICAS 
 
MÓDULO DE ELASTICIDADE OU DE YOUNG (E) 
 
O módulo de elasticidade do Fe (Aços) é da ordem de 210 GPa. 
 
Quanto maior o módulo de elasticidade mais rígido é o material ou 
menor é a sua deformação elástica quando aplicada uma dada tensão. 
 
 
 
 
 
Fonte : Callister 7th edn. (2007) 
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PROPRIEDADES MECÂNICAS 
 
 
 
 
 
 
Fonte : Callister 7th edn. (2007) 
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PROPRIEDADES MECÂNICAS 
 
MÓDULO DE POISSON (n) 
 
Qualquer alongamento (tração) ou compressão de uma estrutura 
cristalina em uma direção, causada por uma força uniaxial, produz um 
ajustamento nas dimensões perpendiculares à direção da força. 
 
 
 
 
Fonte : Callister 7th edn. (2007) 
Tensão trativa uniaxial em (z) (deformação 
positiva) gera como resposta contrações 
laterais em (x and y) (deformações 
negativas). 
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PROPRIEDADES MECÂNICAS 
 
MÓDULO DE POISSON E TENSÃO DE CISALHAMENTO 
 
Tensões de cisalhamento produzem deslocamento de um plano de átomos em 
relação ao plano adjacente. 
A tensão (), a deformação elástica de cisalhamento (g ) e o módulo de 
cizalhamento (G) é dada por: 
  = F/A0 
g = tan q 
G = /g 
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PROPRIEDADES MECÂNICAS 
 
LIMITE DE ESCOAMENTO (ESC ) = Yeld point / strength (y) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte : Callister 7th edn. (2007) 
ey 
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PROPRIEDADES MECÂNICAS 
 
DEFORMAÇÃO PLÁSTICA 
 
Acima de uma certa tensão, os materiais começam a se deformar 
plasticamente, ou seja, ocorrem deformações permanentes. 
 
Para metais que possuem transição gradual do regime elástico para o 
plástico, as deformações plásticas se iniciam no ponto na qual a curva 
tensão-deformação deixa de ser linear, sendo este ponto chamado de 
limite de proporcionalidade. Na prática utiliza-se o limite convencional 
de escoamento, na qual é construída uma linha reta paralela à porção 
elástica, passando pela deformação de 0,2% da deformação total. 
 
Características: 
É provocada por tensões que ultrapassam o limite de elasticidade. 
É irreversível porque é resultado do deslocamento permanente dos 
átomos e portanto não desaparece quando a tensão é removida 
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PROPRIEDADES MECÂNICAS 
 
DEFORMAÇÃO PLÁSTICA 
 
1. Initial 2. Small load 3. Unload 
p lanes 
still 
sheared 
F 
d elastic + plastic 
bonds 
stretch 
& planes 
shear 
d plastic 
Fonte : Callister 7th edn. (2007) 
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PROPRIEDADES MECÂNICAS 
 
RECUPERAÇÃO ELÁSTICA DURANTE DEFORMAÇÃO PLÁSTICA 
 
 
Fonte : Callister 7th edn. (2007) 
E depende da ligação entre átomos 
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PROPRIEDADES MECÂNICAS 
 
DUCTILIDADE 
 
Pode ser determinada via alongamento ou estricção. Corresponde ao 
alongamento total do material devido à deformação plástica ou à 
redução na área da seção transversal do corpo, ambas determinadas 
imediatamente antes da ruptura. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte : Callister 7th edn. (2007) 
PROF. SILVIO F. BRUNATTO 
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PROPRIEDADES MECÂNICAS 
 
RESILIÊNCIA 
 
Corresponde à capacidade do material de absorver energia quando 
este é deformado elasticamente e, então, sob descarregamento ter 
esta energia recuperada. 
 
É representada pelo módulo de resiliência (Ur): 
 
 
 
 
 
 
Materiais resilientes são aqueles que têm alto limite de elasticidade e 
baixo módulo de elasticidade (como os materiais utilizados para 
molas). 
 
 
 
 
Fonte : Callister 7th edn. (2007) 
ey = deformação no escoamento 
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PROPRIEDADES MECÂNICAS 
 
TENACIDADE 
 
Corresponde à capacidade do material de absorver energia até sua 
ruptura e é representada pela área sob a curva tensão x deformação. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte : Callister 7th edn. (2007) 
Tenacidade 
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PROPRIEDADES MECÂNICAS 
 
DUREZA 
 
Resistência a uma deformação plástica localizada. 
Determinada via aplicação de penetrador com carga controlada. 
Mede-se a profundidade ou tamanho da impressão. 
As técnicas são muito utilizadas, simples, barato, não-destrutivas. 
Possibilita estimar outras propriedades, como a resistência mecânica. 
 
Ensaio de dureza Brinell: Penetrador esférico (10 mm) / 500 a 3000 kg 
/Medida do diâmetro da impressão 
 
Ensaio de dureza Vickers e Knoop: Pirâmide de diamante / 1 a 1000 g 
(bem menor) / Medida das diagonais da impressão / Preparação da 
amostra / Microdureza 
 
 
 
 
 
 
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PROPRIEDADES MECÂNICAS 
 
ENSAIO DE DUREZA ROCKWELL 
 
Mais usado -> Simples 
Diversas escalas 
Diferença de profundidade 
Cuidados:bordas(3D), chapa 
fina(10X), indentação próxima(3D) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Carga: 15 – 45 kg (superficial) 
(Escala) 60 (A)–100 (B) – 150 (C) kg 
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PROPRIEDADES MECÂNICAS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
PROF. SILVIO F. BRUNATTO 
LÍDER GTFAP&MP/CNPQ 
COORDENADOR DO LTPP 
Ensaio de impacto 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
PROF. SILVIO F. BRUNATTO 
LÍDER GTFAP&MP/CNPQ 
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PROPRIEDADES TÉRMICAS 
(PROF. SILVIO FRANCISCO BRUNATTO) 
 
(Fonte: Halliday, D.; Resnick, R.; Walker, J. Fundamentals of Physics Extended. John Willey & Sons, Inc., 
New York, 5th ed., 1997 e Lawrence H. van Vlack, Princípios de Ciências dos Materiais, 1970, Edgard 
Blücher). 
 
TEMPERATURA 
 
 
 
 
 
 
 
 
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PROPRIEDADES TÉRMICAS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Define-se o tamanho do kelvin, como sendo 1/273.16 da diferença entre o zero absoluto 
(quando a matéria é totalmente inanimada) e a temperatura do ponto tríplice da água. 
 
 
 
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PROPRIEDADES TÉRMICAS 
 
Em resumo: Temperatura é um nível de atividade térmica. 
 
CALOR 
Defini-se como sendo energia térmica. 
Calor é expresso em “caloria” 
1 cal = é a energia requerida para aumentar de 1 °C a temperatura de 
1 g de água, na temperatura de maior densidade da água, ou seja 4 °C. 
Unidades para capacidade térmica: cal/g.°C 
 
CALOR ESPECÍFICO 
 o calor específico de um material é a razão entre a capacidade 
térmica do materiale a capacidade térmica da água. 
 
CALOR DE TRANSFORMAÇÃO 
 existem diferentes tipos, o mais conhecido é o calor latente de fusão 
(resultando em mudanças internas e no conteúdo térmico do material 
passando de um arranjo atômico para outro). 
 
 
 
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PROPRIEDADES TÉRMICAS 
 
DILATAÇÃO TÉRMICA 
 
A maioria dos materiais sólidos expandem ao aquecer e contraem 
quando resfriados. A mudança de comprimento com a temperatura de 
um material sólido pode ser expressa da seguinte forma: 
 
 
 
 
Onde: onde lf e l0 representam, respectivamente, comprimentos inicial 
e final com a mudança de temperatura de T0 para Tf. 
 
CONDUTIVIDADE TÉRMICA 
 
É a transferência de calor entre sólidos, sendo que esta diminui com o 
aumento da temperatura. É expressa em cal.cm/°C.s.cm2 
 
 
 
 
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PROPRIEDADES TÉRMICAS 
 
DIFUSIBILIDADE TÉRMICA (h) 
 
h = k/cp.r 
 
Onde: k = condutividade térmica; cp = capacidade térmica, r = 
densidade. 
 
Sua unidade serve de base para a difusibilidade atômica: 
 
 - expressa em cm2/s. 
 
 
 
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PROPRIEDADES QUÍMICAS 
(PROF. SILVIO FRANCISCO BRUNATTO) 
 
(Fonte: Lawrence H. van Vlack, Princípios de Ciências dos Materiais, 1970, Edgard Blücher). 
 
SOLUBILIZAÇÃO (Regras de Humme-Rothery para a solubilidade total 
entre metais – a ser visto no estudo dos diagramas de equilíbrio) 
 
RESISTÊNCIA A OXIDAÇÃO (reações de oxidação / redução) 
 
RESISTÊNCIA A CORROSÃO (princípios de eletroquímica). 
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TIPOS E NÍVEIS DE ESTRUTURAS 
(PROF. SILVIO FRANCISCO BRUNATTO) 
 
ESTRUTURA DE UM MATERIAL METÁLICO 
É diretamente relacionada ao arranjo interno dos seus componentes, 
respeitando-se as diferentes escalas de grandeza possíveis. 
 
Um material pode ter sua estrutura apresentada a nível: 
Macroscópico: consistindo em elementos estruturais visíveis a olho nu; 
Estrutura macroscópica de um 
pequeno corpo de prova de aço. 
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TIPOS E NÍVEIS DE ESTRUTURAS 
 
Microscópico: apresentando um grande número de átomos agrupados 
entre si, os quais são normalmente sujeitos à observação direta em 
algum tipo de microscópio. 
 
 
 
Aço baixo-carbono (Composição 
química: 0,13 % C - 0,22% Si - 
0,42% Mn - < 0,04% S - < 0,04% 
P), apresentando microestrutura 
de grãos grosseiros de ferrita e 
perlita. 
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TIPOS E NÍVEIS DE ESTRUTURAS 
 
Atômico: quando se procura estudar a organização e os arranjos entre 
os átomos do material; 
 
 
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LIGAÇÕES QUÍMICAS 
(PROF. RODRIGO P. CARDOSO) 
 
LIGAÇÕES QUÍMICAS 
 
Tipo de ligação pode explicar a diferença de comportamento de 
diferentes materiais 
Entender a interações entre átomos e/ou moléculas é importante para 
entender os sólidos 
 
Ex.: Diamante x Grafite 
 
 
 
 
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LIGAÇÕES QUÍMICAS 
 
O ÁTOMO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Número atômico (Z) = número de prótons (neutralidade = número de elétrons) 
Massa atômica (A)  soma da massa de prótons e nêutrons (A  Z + N) 
Isótopos = diferentes número de nêutrons 
Peso atômico = média ponderada da massa dos isótopos 
Unidade de massa atômica -> 1 uma = 1/12 da massa do carbono 12 (12C) (C 
=12,011uma) 
Um mol = 6,023 x 1023 
1 uma/átomo = 1 g/mol (ex: 1 mol de ferro = 55,85 g) 
Elétrons (-) 
1,6 x 10-19 C 
9,11 x 10-31 kg 
Nêutrons (N) 
1,67 x 10-27 kg 
Prótons (+) 
1,6 x 10-19 C 
1,67 x 10-27 kg 
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LIGAÇÕES QUÍMICAS 
 
MODELO ATÔMICO DE BOHR 
 
Energia dos elétrons é quantizada 
Não explica alguns fenômenos 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Modelo planetário 
Fonte : Callister 7th edn. (2007) 
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LIGAÇÕES QUÍMICAS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte : Callister 7th edn. (2007) 
PROF. SILVIO F. BRUNATTO 
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LIGAÇÕES QUÍMICAS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte : Callister 7th edn. (2007) 
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LIGAÇÕES QUÍMICAS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ELÉTRONS DE VALÊNCIA 
 
Ocupam a camada mais externa. 
 
Participam da ligações entre átomos e na formação de agregados e 
moléculas. 
 
Camada incompleta (menos estável) 
 - Configuração eletrônica estável é adquirida pelos átomas quando a 
 camada externa (ou de valência) é completada com 8 elétrons. 
 
Valência influencia nas propriedades: 
- Químicas 
- Elétricas 
- Térmicas 
- Óticas 
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LIGAÇÕES QUÍMICAS 
 
TABELA PERÍÓDICA – VALÊNCIA (MENDELEEV) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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LIGAÇÕES QUÍMICAS 
 
TABELA PERÍÓDICA - ELETRONEGATIVIDADE 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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LIGAÇÕES QUÍMICAS 
 
FORÇA E ENERGIA DE LIGAÇÃO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte : Callister 7th edn. (2007) 
PROF. SILVIO F. BRUNATTO 
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LIGAÇÕES QUÍMICAS 
 
ENERGIA DE LIGAÇÃO 
 
Materiais são sólidos devido à energia de ligação 
Maior energia de ligação = maior ponto de fusão (cuidado com ligações 
secundárias). 
 
TIPOS DE LIGAÇÕES PRIMÁRIAS (FORTES) 
 
Iônicas 
Covalentes 
Metálicas 
 
A ligação envolve o elétron de valência 
Depende da estrutura atômica 
Ligações secundárias existem (mais fracas) 
 
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LIGAÇÕES QUÍMICAS 
 
LIGAÇÃO IÔNICA 
 
Um átomo cede um elétron e outro recebe 
É a ligação predominante nos cerâmicos 
Energia de ligação elevada (3 a 8 eV/átomo) 
Temperaturas de fusão elevadas 
Materiais duros e quebradiços 
Isolante térmico e elétrico 
 
 Ex.: NaCl 
 
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LIGAÇÕES QUÍMICAS 
 
LIGAÇÃO COVALENTE 
 
Compartilhamento de elétrons 
Podem ser forte(diamante) ou fracas (bismuto) 
Polímeros, cerâmicos... 
Nenhuma ligação é 100% iônica ou 100% covalente 
Ex: H2O, HCl, diamante, Si, etc 
 
 
 
Fonte : Callister 7th edn. (2007) 
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LIGAÇÕES QUÍMICAS 
 
LIGAÇÃO METÁLICA 
 
Elétrons livres e compartilhados 
Ligação pode ser fraca(Hg, Sn) ou forte(W) 
Bons condutores de eletricidade e calor 
 
 
 
 
 
Fonte : Callister 7th edn. (2007) 
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LIGAÇÕES QUÍMICAS 
 
LIGAÇÕES SECUNDÁRIAS OU LIGAÇÕES DE VAN DER WAALS 
 
Fracas comparadas as ligações primárias (0,1 eV) 
Existe em todo átomo ou molécula (muito pequena quando comparada 
às ligações primárias) 
 
 
Dipolo elétrico 
 -Dipolo permanente 
Mais forte (pontes de hidrogênio) 
 
 
 
 
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ESTRUTURA CRISTALINA 
(PROF. SILVIO F. BRUNATTO / PROF. RODRIGO P. CARDOSO) 
 
Como todo metal, o Ferro apresenta estrutura cristalina definida, ou 
seja: 
 
  sob condições de solidificação normal, pode-se observar, no estado 
sólido, um arranjo repetitivo de átomos, de longo alcance. 
 
Os arranjos atômicos são repetições, nas três dimensões, de uma unidade 
básica chamada CÉLULA UNITÁRIA, dando origem ao RETICULADO ou 
ESTRUTURA CRISTALINO do metal (rede de átomos). 
 
DEFINIÇÕES BÁSICAS 
 
Material cristalino: Os átomos se arranjam com periodicidade a longa 
distância. 
Estrutura cristalina: maneira como os átomos se organizam. 
Célula unitária: menor número de átomos que formam o padrão 
repetitivo da estrutura. 
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ESTRUTURA CRISTALINA 
 
CÉLULA UNITÁRIA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ESTRUTURA CRISTALINA 
 
Ligações não direcionais (os vizinhos são sempre os mesmos) 
Usa-se o modelo de esfera rígida 
 
Principais estruturas em metais: 
Cúbica de face centrada (CFC) 
Cúbica de corpo centrado (CCC) 
Hexagonal compacta (HC) 
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ESTRUTURA CRISTALINA 
 
A estrutura cristalina é definida pelo tipo de célula, número de átomos na 
célula, número de coordenação atômica, fator de empacotamento 
atômico e pelos sistemas de escorregamento presentes na célula. 
 
Define-se: 
Número de coordenação atômica: é o número de átomos vizinhos 
equidistantes em relação a um determinado átomo de referência. 
 
Fator de empacotamento atômico: é a relação entre o volume 
efetivamente ocupado pelos átomos e o volume total da célula unitária. 
 
Sistemas principais de escorregamento: é o produto entre o número de 
direções atômicas compactas e o número de planos atômicos compactos 
na célula unitária 
 
Obs.: este parâmetro é extremamente importante, pois o processo de 
deformação plástica a frio - ou ENCRUAMENTO - nos metais, caracterizado 
pela movimentação e multiplicação das discordâncias - defeito cristalino 
unidimensional ou em linha -, ocorre com menor dispêndio de energia 
através dos sistemas de escorregamento). 
 
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ESTRUTURA CRISTALINA 
 
SISTEMAS CRISTALINOS (OU 
REDES ESPACIAIS DE BRAVAIS) 
 
 
Qualquer empacotamento 
atômico recai dentro de um dos 
7 sistemas cristalinos existentes, 
representados pelas células 
unitárias: Cúbico, Hexagonal, 
Tetragonal, Ortorrômbico, 
Monoclínico, Triclínico e 
Romboédrico. 
 
 
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ESTRUTURA CRISTALINA 
 
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ESTRUTURA CRISTALINA 
 
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ESTRUTURA CRISTALINA 
 
ESTRUTURA HEXAGONAL 
(Fonte: PROF. ÂNGELO MAUA) 
 
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ESTRUTURA CRISTALINA 
 
Fonte : Callister 7th edn. (2007) 
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ESTRUTURA CRISTALINA 
 
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ESTRUTURA CRISTALINA 
 
PROF. SILVIO F. BRUNATTO 
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ESTRUTURA CRISTALINA 
 
PLANOS CRISTALOGRÁFICOS 
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ESTRUTURA CRISTALINA 
 
ARRANJO ATÔMICO 
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ESTRUTURA CRISTALINA 
 
ESTRUTURAS CRISTALINAS COMPACTAS – FE = 0,74 
 
 
Estrutura CFC (ABCABC...) 
 
 
 
 
 
 
Estrutura HC (ABAB...) 
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ESTRUTURA CRISTALINA 
 
ESTRUTURAS CRISTALINAS COMPACTAS: FE = 0,74 
Estrutura CFC (ABCABC...) 
Estrutura HC (ABAB...) 
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TRANSFORMAÇÃO NO ESTADO SÓLIDO 
ALOTROPIA 
 
Ou polimorfismo, consiste no fenômeno do material apresentar mais de 
uma estrutura cristalina, em função da temperatura (materiais puros). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Alotropia do ferro 
 
O ferro é um metal alotrópico (modifica o seu reticulado cristalino em 
função da temperatura): 
 Para temperaturas de até 912 °C, o Ferro apresenta estrutura cúbica 
de corpo centrado (Fe-a, CCC). 
 Acima de 912 °C indo até 1394 °C o reticuladocristalino do Ferro se 
modifica para cúbico de face centrada (Fe-g, CFC). 
 À temperatura de 1394 °C o Ferro sofre nova transformação 
alotrópica passando para CCC novamente (Fe- d, CCC). 
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ESTRUTURA CRISTALINA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Alotropia do ferro 
 
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DEFEITOS DA ESTRUTURA CRISTALINA 
 
Tipos de defeitos: 
 
Defeitos pontuais (a-dimensionais) 
Defeitos Lineares (uni-dimensionais) 
Defeitos Planares ou de Superfície (bi-dimensionais) 
Defeitos Volumétricos (tri-dimensionais) 
 
 
DEFEITOS PONTUAIS (principais) 
 
i) VAZIOS OU VACÂNCIAS 
ii) ÁTOMOS SUBSTITUCIONAIS 
iii) ÁTOMOS INTERSTICIAIS 
 
 
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DEFEITOS DA ESTRUTURA CRISTALINA 
 
i) VAZIO OU VACÂNCIA 
 
 
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DEFEITOS DA ESTRUTURA CRISTALINA 
 
Aspectos associados ao defeito vazio na difusão atômica na estrutura do 
material: 
 
 
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DEFEITOS DA ESTRUTURA CRISTALINA 
 
ii) Átomo SUBSTITUCIONAL / iii) Átomo INTERSTICIAL 
 
 
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DEFEITOS DA ESTRUTURA CRISTALINA 
 
Aspectos associados aos defeitos substitucional e intersticial na estrutura 
do material: 
 
 criação de perturbação localizada no reticulado cristalino levando-se ao 
tensionamento da rede e consequente endurecimento do material (o 
chamado MECANISMO DE AUMENTO DE RESISTÊNCIA POR FORMAÇÃO 
DE SOLUÇÃO SÓLIDA). 
 
 
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DEFEITOS DA ESTRUTURA CRISTALINA 
 
LIGAS METÁLICAS 
 
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DEFEITOS DA ESTRUTURA CRISTALINA 
 
 
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DEFEITOS DA ESTRUTURA CRISTALINA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Átomos substitucionais Átomos Intersticiais 
 
 
 
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DEFEITOS DA ESTRUTURA CRISTALINA 
 
DEFEITOS LINEARES (UNI-DIMENSIONAIS) 
 
 
Micrografia com microscópio 
eletrônica de transmissão 
(51450 X) 
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DEFEITOS DA ESTRUTURA CRISTALINA 
 
DISCORDÂNCIAS EM ARESTA / HELICOIDAIS / MISTAS 
 
 
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DEFEITOS DA ESTRUTURA CRISTALINA 
 
DEFEITOS PLANARES OU DE SUPERFÍCIE (principais) 
 
i) CONTORNO DE GRÃO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ii) MACLAS iii) Falha de empilhamento 
 (em estruturas compactas) 
 
 ABCABCABCABABCABC 
 
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DEFEITOS DA ESTRUTURA CRISTALINA 
 
DEFEITOS VOLUMÉTRICOS (principais) 
 
i) POROS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ii) INCLUSÕES 
 
 
 
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DEFEITOS DA ESTRUTURA CRISTALINA 
 
DEFEITOS (RESUMO) 
 
Fonte: G.E. Totten, 2007. 
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MICROESTRUTURA 
 
As estruturas resultantes da repetição da CÉLULA UNITÁRIA são 
denominadas de CRISTAIS (ou GRÃOS) do material. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Os grãos se formam a partir da SOLIDIFICAÇÃO do material: 
 
 processo termicamente ativado envolvendo DIFUSÃO ATÔMICA 
(movimentação de átomos), quando se atinge a temperatura 
solidificação do material (1538 ºC, para o Ferro puro). 
 
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MICROESTRUTURA 
 
A NUCLEAÇÃO e o CRESCIMENTO dos cristais, durante a solidificação, 
ocorre espontaneamente para orientações cristalográficas aleatórias. 
 
No final da solidificação, o encontro de dois cristais ou grãos vizinhos 
origina um CONTORNO DE GRÃO. 
 
Ao final do processo de 
transformação, indo até a 
temperatura ambiente, 
obtém a microestrutura final 
do material. 
 
Dois importantes conceitos 
fazem-se necessários, a nível 
introdutório: 
-FASES; e 
-CONSTITUINTES. 
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MICROESTRUTURA 
 FASES 
 Uma fase é definida como um corpo homogêneo 
de matéria que é fisicamente distinto. Note-se que 
na figura de uma liga hipoeutética do sistema Pb-Sn 
ao lado, há duas fases distintas (uma branca rica em 
Sn e outra preta rica em Pb). 
 
MICROCONSTITUINTES ou CONSTITUINTES 
 Na mesma figura pode-se notar que o que se destaca aos olhos não 
são as fases propriamente ditas, mas o contraste entre a região eutética 
(bifásica / lamelar) e as regiões na qual somente uma fase existe (grãos 
de aspecto escuro). 
 Define-se então microconstituinte como sendo “partes da 
microestrutura do material que têm uma aparência claramente 
identificável sob observação em microscópio ou coisas que vemos como 
aspectos claramente definíveis da microestrutura” (Reed-Hill, 3° ed. / 
1991 / Princípios de Metalurgia Física / pgs 186 e 345). 
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DEFORMAÇÃO A FRIO 
 
MECANISMO DE ENDURECIMENTO POR DEFORMAÇÃO PLÁSTICA A FRIO 
OU ENCRUAMENTO 
 
 Ocorre em processos mecânicos de conformação plástica dos metais, 
normalmente a temperatura ambiente, resultando no ENCRUAMENTO do 
material. 
 
A deformação plástica consiste na movimentação das discordâncias. 
 
 O aumento de resistência mecânica associado ao ENCRUAMENTO 
resulta da multiplicação das discordâncias em todo o metal. 
 
 A multiplicação das discordâncias ocorre pelo Mecanismo de Frank-
Read. 
 
 
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DEFORMAÇÃO A FRIO 
 
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DEFORMAÇÃO A FRIO 
 
MOVIMENTAÇÃO DE DISCORDÂNCIAS 
 
O mecanismo de movimentação das discordâncias, na deformação plásticados 
metais, é chamado ESCORREGAMENTO, sendo que a discordância se move nos 
diversos SISTEMAS DE ESCORREGAMENTO (direção x plano cristalográfico) da 
célula unitária, ocorrendo com menor dispêndio de energia nos SISTEMAS 
PRINCIPAIS DE ESCORREGAMENTO ( = produto N° Planos Compactos x N° Direções 
Compactas). 
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DEFORMAÇÃO A FRIO 
 
MOVIMENTAÇÃO DE DISCORDÂNCIAS 
 
 
 
 
 
 
 
Indicação de 3 sistemas principais de 
Escorregamento na célula CFC. 
 
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DEFORMAÇÃO A FRIO 
 
MECANISMO DE FRANK-READ PARA GERAÇÃO DAS DISCORDÂNCIAS 
(multiplicação de discordâncias) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
MOVIMENTAÇÃO DE DISCORDÂNCIAS 
 
 
 
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DEFORMAÇÃO A FRIO 
 
AUMENTO DE RESISTÊNCIA MECÂNICA DO METAL VIA ENCRUAMENTO 
RESULTANTE DA MULTIPLICAÇÃO DAS DISCORDÂNCIAS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
DENSIDADE DE DISCORDÂNCIAS 
 
Metal recozido:107-8 cm/cm3 Metal Encruado: 1011-12 cm/cm3 
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DEFORMAÇÃO A FRIO 
 
AUMENTO DE RESISTÊNCIA MECÂNICA DO METAL VIA ENCRUAMENTO 
RESULTANTE DA MULTIPLICAÇÃO DAS DISCORDÂNCIAS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Aumento da densidade de discordâncias com a porcentagem de trabalho a frio 
 
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DEFORMAÇÃO A FRIO 
 
BANDAS DE DEFORMAÇÃO (CRISTAIS ENCRUADOS) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 O efeito do trabalho a frio 
(encruamento) pode ser 
anulado por tratamento 
térmico 
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RECOZIMENTO 
 
Deformação a baixa temperatura (relativa ao ponto de fusão) implica na 
alteração da microestrutura (forma dos grãos) e das propriedades. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Uma parte da energia de deformação fica armazenada – energia de 
deformação (gerando zonas de tração compressão e cisalhamento) 
 
A reversão de propriedades é possível via tratamento térmico chamado 
RECOZIMENTO ou RECOZIMENTO DE RECRISTALIZAÇÃO. 
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RECOZIMENTO 
 
RECOZIMENTO DE RECRISTALIZAÇÃO 
 
 
O recozimento é feito normalmente para temperaturas da ordem da 
metade da temperatura absoluta de fusão do metal ou da liga 
considerada, sendo que o grau de deformação plástica do material 
influencia na temperatura a ser adotada. 
 
São três as etapas do recozimento: 
 
Recuperação. 
Recristalização Primária ou Nucleação. 
 Recristalização Secundária Crescimento de Grão (se o tratamento se 
prolongar demasiadamente) 
 
 
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RECOZIMENTO 
 
RECUPERAÇÃO 
 
Uma parte da energia de deformação é liberada (movimentação de 
discordância sem tensão externa) 
 
Rearranjo atômico via difusão atômica (temperatura) 
 
Redução no número de discordâncias pelo princípio da aniquilação de 
discordâncias (+ e – se aniquilam) 
 
Rearranjo de discordâncias (redução da energia) 
 
Recuperação de propriedades térmicas e elétricas perdidas pelo 
encruamento. 
 
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RECOZIMENTO 
 
RECRISTALIZAÇÃO PRIMÁRIA OU NUCLEAÇÃO 
 
Após a recuperação os grãos ainda apresentam uma energia de 
deformação elevada. 
Recristalização -> Formação de novos grãos livres de deformação 
(equiaxiais / com baixa densidade de discordâncias) 
Força motriz -> energia interna 
Grãos se formam e crescem -> Nucleação e Crescimento dos núcleos 
estáveis (processo difusivo). 
Durante o processo as propriedades mecânicas são todas restauradas (mais 
macio, menos resistente, mais dúctil). 
Depende do tempo e da temperatura. 
Depende do grau de deformação. 
 
A TEMPERATURA DE RECRISTALIZAÇÃO É A TEMPERATURA QUE PERMITE A 
RECRISTALIZAÇÃO COMPLETA DO MATERIAL EM 1H. 
 
PROF. SILVIO F. BRUNATTO 
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COORDENADOR DO LTPP 
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RECOZIMENTO 
 
RECRISTALIZAÇÃO PRIMÁRIA OU NUCLEAÇÃO 
 
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RECOZIMENTO 
 
RECRISTALIZAÇÃO PRIMÁRIA OU NUCLEAÇÃO 
 
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RECOZIMENTO 
 
EVOLUÇÃO DAS 
PROPRIEDADES DO 
LATÃO: 
 
Temperatura de 
recristalização 
Aproximada 
de 450 °C. 
 
 
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RECOZIMENTO 
 
TEMPERATURA DE RECRISTALIZAÇÃO X GRAU DE DEFORMAÇÃO 
(LATÃO): 
 > Trabalho a frio 
< Temperatura de 
recristalização 
 
Deformação 
crítica 
 
Ocorre mais 
rapidamente em 
metais puros. 
 
Em ligas pode ir 
até 0,7Tf 
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RECOZIMENTO 
 
TEMPERATURA DE RECRISTALIZAÇÃO X TEMPERATURA DE FUSÃO 
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RECOZIMENTO 
 
RECRISTALIZAÇÃO SECUNDÁRIA (CRESCIMENTO DE GRÃO) 
 
 
 
 
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RECOZIMENTO 
 
RECRISTALIZAÇÃO SECUNDÁRIA (CRESCIMENTO DE GRÃO) 
 
 
 
 
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RECOZIMENTO 
 
RECRISTALIZAÇÃO SECUNDÁRIA (CRESCIMENTO DE GRÃO) 
 
Força motriz: energia livre 
 de superfície ou de contorno 
 de grão. 
Processo difusivo (>T, implica > TG). 
Os grãos maiores crescem às 
 custas dos grãos menores. 
Diminuição da resistência do material. 
 
 
 
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RECOZIMENTO 
 
CRESCIMENTO DE GRÃO x PROPRIEDADES MECÂNICAS 
 
 
 
 
CRESCIMENTO DE GRÃO 
 deve-se evitar ao máximo em função do comprometimento de 
determinadas propriedades do material; 
 quanto menor o tamanho de grão médio, maior é a dureza e a 
tensão de escoamento de um material (equações de Hall e Petch): 
DUREZA x T.G.: H = H0 + kH .d
-1/2 
TENSÃO x T.G.:  = 0 + k .d
-1/2 
 
 H0, 0 : propriedades esperada para um cristal 
 hipotético de tamanho infinito. 
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DEFORMAÇÃO A QUENTE 
 
TRABALHO A FRIO X TRABALHO A QUENTE 
Trabalho a quente: o processo de conformação do metal, ou a deformação 
plástica, ocorre acima da temperatura de recristalização, visando alívio dos 
esforços de deformação e a recristalização dinâmica do material processado. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
a frio a quente 
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DEFORMAÇÃO A QUENTE 
 
TRABALHO A QUENTE 
(forno contínuo) 
http://www.cimm.com.br/portal/ 
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