5_Discordancias_e_Mecanismos_de_Aumento_de_Resistencia__M

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Discordâncias e Mecanismos de Aumento de Resistência
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A deformação plástica corresponde ao movimento global  de um grande número de átomos em resposta à tensão aplicada.
Importante: ligações atômicas são rompidas e formadas novamente. 
Resistências teóricas em cristais perfeitos eram maiores que as experimentais.....
1930 A discrepância nos valores poderia ser explicada por defeitos cristalinos......discordâncias!!!!
1950 Foi observado a traves de microscopia eletrônica.
Aresta			Espiral	 	Mista
Deformação: movimento de grande numero de discordâncias.
O movimento da discordância é dado como resposta à aplicação de uma tensão de cisalhamento em direção perpendicular à sua linha
		Escorregamento
Degraus discretos
Ao final do processo, esse semiplano adicional pode emergir pela superfície à direita do cristal, formando uma aresta que possui a largura de uma distância atômica;
A deformação plástica macroscópica corresponde a uma deformação permanente que resulta do movimento de discordâncias ou escorregamento
			Deformação plástica global é a mesma
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 Discordância é um defeito linear (unidimensional), em torno do qual alguns átomos estão desalinhados, separando a região perfeita da região deformada do material.
 As discordâncias estão associadas com a cristalização do material e principalmente a sua deformação e são de origem: térmica, mecânica e supersaturação de defeitos pontuais
A quantidade e o movimento das discordâncias podem ser controlados pelo grau de deformação (conformação mecânica) e/ou por tratamentos térmicos 
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Cristais cuidadosamente solidificados 10^3/mm^2
Para metais altamente deformados 10^9 ou 10^10 /mm^2
Metal deformado com tratamento térmico pode diminuir a densidade para 10^5 
CARACTERÍSTICAS DAS DISCORDÂNCIAS IMPORTANTES PARA AS PROP. MECÂNICAS 
Quando os metais são deformados plasticamente cerca de 5% da energia é retida internamente, o restante é dissipado na forma de calor.
A maior parte desta energia armazenada está associada com as tensões associadas às discordâncias
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ATRAÇÃO
REPULSÃO
INTERAÇÃO DE DISCORDÂNCIAS
Os campos de deformação ao redor de discordâncias que se encontram próximas umas das outras podem interagir de tal forma que sejam impostas forças sobre cada discordância pelas interações combinadas de todas as suas discordâncias vizinhas.
Mesmo plano de escorregamento mesmo sinal
Sitios concentradores de tensao sao formadores de discordancias durante deformaçao
Multiplicaçao das discordancias
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Durante a deformação plástica o numero de discordâncias aumenta drasticamente:
Discordâncias existentes (Se multiplicam)
Contornos de Grão
Defeitos internos
Irregularidades da superfície (concentradores de tensão) 
Planos e direções de deslizamento das discordâncias
As discordâncias não se movem com o mesmo grau de facilidade sobre todos os planos cristalográficos de átomos e em todas as direções cristalográficas.
Existe um plano preferencial, e neste plano existem direções específicas ao longo das quais ocorre o movimento das discordâncias.
O plano de escorregamento para uma EC é aquele que possui empacotamento atômico mais denso. 
A direção de escorregamento para uma EC corresponde à direção, nesse plano, que se encontra mais densamente compactada com átomos.
plano de escorregamento + direção de escorregamento
Sistema de escorregamento
Planos e direções de deslizamento das discordâncias
Sistemas de deslizamento:conjunto de planos e direções de maior densidade atômica
PARA ALGUNS MATERIAIS COM ESTRUTURAS CCC E HC O 
ESCORREGAMENTO DE ALGUNS PLANOS SÓ SE TORNAM 
OPERATIVOS A ALTAS TEMPERATURAS
 No plano (111) da família {111} o escorregamento ocorre ao longo de direções do tipo 110 no interior dos planos {111}
 Assim, {111} 110 representa a combinação de plano e direção de escorregamento, ou seja, o sistema de escorregamento para a estrutura CFC;
4 planos {111} 3 direções <110> 
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Geralmente, metais com maior número de sistemas de escorregamento são mais dúcteis. Por isso, metais com estruturas dos tipos CFC e CCC são dúcteis e metais com estrutura HC são frágeis.
Apesar de uma tensão aplicada ser puramente de tração (ou compressão), existem componentes de cisalhamento em todos os alinhamentos (com exceção daqueles paralelo e perpendicular à direção da tensão). Esses componentes são conhecidos por tensões de cisalhamento resolvidas
ESCORREGAMENTO EM MONOCRISTAIS
MOVIMENTO DE DISCORDÂNCIAS EM MONOCRISTAIS
Cada degrau resulta do movimento de um grande número de discordâncias ao longo do mesmo plano de escorregamento. Sobre a superfícies de uma amostra monocristalina polida, esses degraus aparecem como linhas, chamadas de linhas de escorregamento;
Durante a deformação plástica o número de discordâncias aumenta drasticamente 
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DEFORMAÇÃO PLÁSTICA EM MATERIAIS POLICRISTALINOS
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LINHAS DE ESCORREGAMENTO
 A direção de escorregamento varia de grão para grão
 Na maioria dos grãos há 2 sistemas de escorregamento operando
 Embora um único grão possa estar orientado favoravelmente para o escorregamento em relação a tensão aplicada, este não pode se mover até que os grãos vizinhos, menos favoravelmente orientados, também possam sofrer escorregamento, exigindo assim um nível mais elevado de tensão aplicada. 
Cada grao `um cristal e tem uma orientaÇão diferente
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Mecanismos de aumento de resistência dos metais
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Se a habilidade de um metal se deformar plasticamente depende da habilidade das discordâncias para se moverem, então o aumento da resistência e da dureza destes metais ocorre através do impedimento do movimento das discordâncias.
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1- Aumento da resistência por adição de elemento de liga (por solução sólida)
Os átomos de soluto se alojam na rede próximo às discordâncias de forma a minimizar a energia total do sistema
Quando um átomo de uma impureza esta presente, o movimento da discordância fica restringido (interações dos campos de deformação), ou seja, deve-se fornecer energia adicional para que continue havendo escorregamento. Por isso soluções sólidas de metais são sempre mais resistentes que seus metais puros constituintes
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2- Aumento da resistência por diminuição do tamanho de grão
Contorno de Grão (defeito planar)
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Materiais Poli-cristalinos são formados por mono-cristais com diferentes orientações.
 A fronteira entre os mono-cristais é uma “parede”, que corresponde a um defeito bi-dimensional.
 Este defeito refere-se ao contorno que separa dois pequenos grãos (ou cristais), com diferentes orientações cristalográficas, presentes num material poli-cristalino.
 Grão = Cristal
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Contorno de Grão
A: Formação de pequenos núcleos de cristalização (cristalitos)
B: Crescimento dos cristalitos
C: Formação de Grãos, com formatos irregulares, após completada a solidificação.
D: Vista, num microscópio, da estrutura de Grãos (as linhas escuras são os contornos dos Grãos)
A			B
C		 D
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2- Aumento da resistência por diminuição do tamanho de grão 
O contorno de grão interfere no movimento das discordâncias
Dois grãos possuem diferentes orientações cristalinas, uma discordância que passa de um grão a outro terá que alterar a sua direção de movimento. O que se torna mais difícil com maiores diferenças de orientações.
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Fornecer mais energia para promover o deslocamento, escoamento
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2- Aumento da resistência por diminuição do tamanho de grão 
Um material com granulação fina, é mais duro e resistente do que um com granulação grosseira devido a maior área total de contornos de grãos para dificultar o movimento das discordâncias;
Para muitos materiais o limite de escoamento σe varia de acordo com o tamanho do grão conforme a equação de Hall-Petch:
esc= o + Ke (d)-1/2
o e Ke são constantes
o= tensão de atrito oposta aomovimento das discordâncias
Ke= constante relacionada com o empilhamento das discordâncias
d= tamanho de grão
Essa equação não é válida para grãos muito grosseiros ou muito pequenos
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Dependência do limite de escoamento com o tamanho de grão
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A redução do tamanho de grão aumenta também a tenacidade de muitas ligas
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A redução do tamanho de grão aumenta também a tenacidade de muitas ligas
3- Encruamento ou endurecimento pela deformação à frio
Esse endurecimento dá-se devido ao aumento de discordâncias e imperfeições promovidas pela deformação, que impedem o escorregamento dos planos atômicos;
A densidade de discordâncias em um metal aumenta com a deformação devido à multiplicação ou formação de novas discordâncias, consequentemente a distância média de separação entre elas diminui;
Como na média as interações de def. discordância-discordância são repulsivas, o movimento de uma discordância é então dificultado pela presença da outra; 
O encruamento pode ser removido por tratamento térmico (recristalização)
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REPULSÃO
Como na média as interações de def. discordância-discordância são repulsivas, o movimento de uma discordância é então dificultado pela presença da outra; 
A passagem do fio pela fieira provoca a redução de sua secção e, como a operação e comumente realizada a frio, ocorre o encruamento com alteração das propriedades mecânicas do material do fio
ENCRUAMENTO E MICROESTRUTURA
Antes da deformação
Depois da deformação
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VARIAÇÃO DAS PROPRIEDADES MECÂNICAS EM FUNÇÃO DO ENCRUAMENTO
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TRATAMENTOS TÉRMICOS PARA A RECUPERAÇÃO DE UM MATERIAL ENCRUADO (RECOZIMENTO)
O trabalho a frio produz algumas alterações microestruturais e nas propriedades dos metais, como: alteração na forma do grão, endurecimento por deformação,aumento na densidade de discordâncias, altera a condutividade elétrica e corrosão;
O metal pode tornar ao estado anterior ao trabalho a frio mediante tratamento térmico apropriado, também chamado de recozimento.
Estágios do tratamento térmico:
Recuperação
Recristalização
Crescimento de grão
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RECUPERAÇÃO
Há um alívio das tensões internas armazenadas durante a deformação devido ao movimento das discordâncias resultante da difusão atômica
Nesta etapa há uma redução do número de discordâncias e um rearranjo das mesmas
Propriedades físicas como condutividade térmica e elétrica voltam ao seu estado original (correspondente ao material não-deformado)
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RECRISTALIZAÇÃO
Depois da recuperação, os grãos ainda estão tensionados
A recristalização é o processo de formação de um novo conjunto de grãos livres de deformação, equiaxiais (dimensões aprox. iguais em todas as direções) e com baixas densidades de discordâncias;
A força motriz para produzir esta nova estrutura de grão é a diferença existente entre as energias internas do material deformado e daquele sem deformação.
As propriedades mecânicas voltam ao seu estado original
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RECRISTALIZAÇÃO
Esta técnica pode ser utilizada para refinar a estrutura do grão de um metal previamente trabalhado a frio
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Forma-se um novo conjunto de grãos que são equiaxiais, estes se constituem na forma de núcleos muito pequenos e crescem até que substituam totalmente o material de origem
a) como deformado, b) recozido por 3s a 580 oC, c) recozido por 4s a 580 oC, d) recozido por 8s a 580 oC, e) recozido por 15 min a 580 oC e f) recozido por 10 min a 700 oC
Na prática se possuo um metal, uma liga, com estrutura do grão mais grosseira do que o desejado, esta pode ser submetida ao processo de refinamento mediante deformação plástica (trabalho a frio), seguindo então pelo tratamento térmico de recristalização
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RECRISTALIZAÇÃO
O processo depende tanto do tempo quanto da temperatura, ou seja, o grau de recristalização aumenta em função do tempo;
A temperatura de recristalização é aquela onde a recristalização atinge seu término em exatamente 1 hora;
A temperatura de recristalização está entre 1/3 e 1/2 da temperatura de fusão;
 
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TEMPERATURAS DE RECRISTALIZAÇÃO
CRESCIMENTO DE GRÃO
Depois da recristalização estar completa, os grãos livres de deformação continuarão a crescer se o material permanecer por mais tempo em temperaturas elevadas;
A medida que os grãos crescem, a área total de contornos diminui, produzindo uma redução na energia total, a qual é a força motriz para o crescimento do grão;
Em geral, quanto maior o tamanho de grão mais mole é o material e menor é sua resistência;
Crescimento do grão ocorre por difusão atômica através dos contornos de grão 
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CRESCIMENTO DE GRÃO
 O crescimento do grão ocorre por migração dos contornos;
 Os grãos maiores crescem a custa dos menores que encolhem;
 O tamanho médio do grão aumenta ao longo do tempo;
 O movimento dos contornos consiste na difusão dos átomos em pequena escala de um grão para outro.
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Dependência do tamanho de grão com o tempo e temperatura 
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Melhoria da taxa de difusão em função do aumento da temperatura
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