Aula 3 continuação

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Aula 3 – Imperfeições nos sólidos 
Disciplina: Metalurgia Física / Tratamento 
Térmico 
Professora: Dra. Karina A. Martins Barcelos Gonçalves
26/10/2022 11:10 1
Aula 3 - Imperfeições nos sólidos
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Revisão sobre Forças e Energias de ligação
Nuvem eletrônica
Equilíbrio = estabilidade de energia
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Revisão sobre Forças e Energias de ligação
R0 = E0
Ponto de inflexão
Onde a derivada = 0
Equilíbrio
Mínimo da curva 
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Revisão sobre Forças e Energias de ligação
 Energia de ligação vai influenciar na curva dependendo do tipo de
ligação e dos átomos. Na ligação covalente temos compartilhamentos
de elétrons, ligação iônica ocorre transferência de elétrons e a ligação
metálicas será entre átomos de metais formando nuvem de elétrons
E0 TF
Estado físico
S
L
G
Aumento 
da T
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Revisão sobre Forças e Energias de ligação
 Quando os átomos se misturam para formar uma solução sólida, os
átomos podem substituir uma fração de átomos da matriz (solução
sólida) ou alojar nos vazios (intersticial).
 SSS (solução sólida substitucional)  compatibilidade eletroquímica e
raio atômico próximo de + ou – 15% ao átomo da matriz.
 O Fe apresenta vãos octaédricos e tetraédricos (r  raio do átomos e R
 raio da matriz)
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Revisão sobre Forças e Energias de ligação
 Embora a CFC apresentar maior volume de preenchido (74%) do que a
CCC (68%) os vãos da CFC são maiores que CCC obviamente em
menor número.
Retirado do livro : Aços e ligas Especiais
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Revisão sobre Forças e Energias de ligação
1) O que significa dizer, em termos de energia e disponibilidade para
reação , que um elétron ocupa a camada de valência de um átomo?
Os elétrons da camada de valência são os elétrons de maior energia em um
átomo em seu estado fundamental, desta forma são os átomos com maior
disponibilidade para reação, ocupando sempre a camada mais externa do
átomo
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3.3 Defeitos lineares
 As discordâncias são imperfeições lineares na rede cristalina e são
introduzidos nos materiais metálicos durante a solidificação ou
deformação do material.
 Semiplano extra de átomos (região de distúrbio localizado na rede que
separa as regiões deslizadas das não deslizados no cristal)
 Responsável pelo fenômeno de deslizamento na qual os átomos se
deformam plasticamente.
 Vetor de burges é um parâmetro do vetor que relaciona a distância de
deslocamento para átomos que circundam a discordância até
completar uma trajetória fechada em torno do defeito, o vetor de
fechamento (b) representa a magnitude do defeito estrutural.
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3.3 Defeitos lineares
 Cálculos teóricos indicam que para se deformar permanentemente um
cristal perfeito o esforço cortante ou de cisalhamento necessário é
muito grande.
 Na discordância tipo aresta a grandeza do vetor de Burges corresponde
ao espaçamento atômico, sendo esse sempre perpendicular a linha de
discordância sendo que para discordância em hélice será paralela ao
Vetor de Burges.
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3.3 Defeitos Lineares 
3.3.1Discordância em aresta (cunha)
Linha de discordância 
(perpendicular) 
Distorção da rede 
Apresenta zonas de 
tração e compressão
O cristal perfeito é 
cortado por um meio 
plano atômico inserido
Ao adicionar 
um 
Semiplano
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3.3 Defeitos Lineares
3.3.1 Discordância em aresta (cunha)
Os átomos vão se acomodando durante o movimento das 
discordâncias
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3.3 Defeitos Lineares 
 Quando os materiais metálicos sofrem deformação permanente cerca
de 5% da energia é retida internamente sendo o restante dissipado em
forma de calor, observa-se que a maior parte dessa energia
armazenada associa-se com as tensões internas associadas com as
discordâncias. Promovendo distorções na rede de compressão e
tração.
Acima da linha de 
discordância
Abaixo da linha 
de discordância
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3.3 Defeitos Lineares
3.3.2 Discordância Espiral ou Hélice
 Provocada por uma tensão de cisalhamento que é aplicada para
produzir uma distorção separando os átomos.
Linha de 
Distorção 
ocorre ao 
longo da 
linha AB
Átomos deslocados por 
uma distância interatômica
Visão do corte do cubo
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3.3 Defeitos Lineares 
3.3.2 Discordância Espiral ou Hélice 
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3.3 Defeitos Lineares 
3.3.3 Mista
Apresentam componentes das discordâncias em aresta e espiral , visto 
que o vetor de Burges permanece o mesmo para todas as partes das 
discordâncias 
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3.3 Defeitos Lineares
3.3.4 Vetor de Burges
b = Magnitude e a direção da distorção da rede associada a um
deslocamento, perpendicular ao plano.
Plano (saindo da tela)
Deslocamento (4  ) quando
retornar para esquerda no ponto
final não aproximei do ponto
inicial  vetor de b será a
distância que falta para
completar uma volta ao redor da
discordância.
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3.3 Defeitos Lineares
3.3.4 Vetor de Burges
Iniciando no ponto y até x 
Dar uma volta na discordância
b= distância para completar uma 
volta
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3.3 Defeitos Lineares
3.3.5 Sistema de deslizamento (escorregamento)
 São os planos e direções cristalográficas preferenciais de maior
densidade atômica.
HC
Plano basal (0001)
Eixo diagonal 
3 sistemas de deslizamento
Baixa ductilidade
CFC
Plano octaédricos {111}
Eixo diagonal 
12 sistemas de deslizamento
CCC
Não é tão compacta quanto a 
HC e CFC
A direção da CFC é tão 
compacta quanto a da 
CCC
Planos mais compacto {110}
Pode ocorrer {112} e {123}
48 sistemas de deslizamento
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3.3 Defeitos Lineares
3.3.5 Sistema de deslizamento (escorregamento)
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3.4 Defeitos planares
 Defeitos que apresentam em duas dimensões que se estendem ao
longo da estrutura gerando imperfeições, que são:
 Superfícies livres (apresentado nas aulas anteriores)
 Falhas de Empilhamento ( será discutido no mecanismo de
endurecimento)
 Contornos de grão (apresentado nas aulas anteriores)
 Maclas ou Twins
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3.4 Defeitos planares
3.4.1 Contornos de grão: fazendo uma breve revisão, quando uma
discordância encontra um contorno de grão ela terá que mudar sua
direção, a desordem de um contorno de grão resultará em uma
descontinuidade dos planos de escorregamento de um grão para outro.
Plano de deslizamento
Contorno de grão
Grão A
Grão B
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3.4 Defeitos planares
3.4.2 Macla
 Tipo especial de contorno de grão da qual separa duas regiões com
simetria do tipo “espelho” conhecido também como Twin (gêmeos).
 Esse defeito ocorre quando parte da rede cristalina (alteram a
orientação do cristal) por deformações térmicas ou mecânicas de modo
que a mesma forme uma imagem especular da parte não deformada.
Aço Inoxidável Austenítico 
Ataque: glicerégia
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3.4 Defeitos planares
3.4.2 Macla
 As maclas podem ser produzidas por deformação (metais CCC ou HC)
ou por recozimento (metais CFC)
 A maclagem é um mecanismo que ocorre por cisalhamento da rede
cristalina limitado a um grão criando a região espelhada dentro do
mesmo
MaclaçãoAula 3 - Imperfeições nos sólidos
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Exercícios
Defeitos pontuais estão associados com 1 ou 2 posições atômicas sendo:
Defeitos lineares está associada a uma dimensão:
Qual a discordância em que o Vetor de Burges é paralelo a linha de
discordância?
Qual a discordância em que o Vetor de Burges é perpendicular a linha de
discordância?
Lacunas (vacâncias) impurezas intersticiais e substitucionais
Discordância em cunha 
(aresta) e espiral (hélice)
Espiral (hélice)
Aresta ( em cunha)
Aula 3 - Imperfeições nos sólidos
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Exercícios: Renomear os tipos de defeitos pontuais
Solução sólida 
substitucional
Solução sólida 
intersticial
Aula 4 - Difusão 
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4- Difusão
4.1 Introdução
 Fenômeno de transporte de matéria por movimento atômico
 O sistema sempre vai procurar por estabilidade termodinâmica
 A energia necessária para um átomo mudar de lugar é a energia de
ativação expressa em calorias Q por mol ou J/átomo ou eV/átomo
 Entropia do sistema tende a aumentar
 Gradiente de concentração: (temperatura mais elevada as partículas
terão mais energia) a diferença de uma região para outra será esse
gradiente.
Aula 4 - Difusão 
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4- Difusão
4.1 Introdução
 A difusão refere-se ao fluxo de quaisquer espécie química como íons,
átomos, elétrons , lacunas e moléculas. É muito difícil visualizar a
difusão no estado sólido, porém ela existe, sendo que a diferença entre
esse estado para o líquido é a baixa taxa de difusão.
 A difusão no estado sólido das estruturas cristalinas dos materiais
metálicos é quase impossível por isso a necessidade da existência da
migração de vacância
Aula 4 - Difusão 
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4- Difusão
4.2 Autodifusão
 Quanto ocorre a difusão em metais puros onde os átomos trocam de
posição chamamos de autodifusão.
Aula 4 - Difusão 
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4- Difusão
4.3 Interdifusão
 Sendo assim para um processo o qual os átomos de um metal se
difundem para o interior de outro átomo chamamos de interdifusão (ou
difusão de impurezas).
Aula 4 - Difusão 
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4- Difusão
4.3 Difusão por lacunas e intersticiais
Aula 4 - Difusão 
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4- Difusão
4.3 Difusão por lacunas e intersticiais
Aula 4 - Difusão 
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4- Difusão
4.3 Difusão por lacunas e intersticiais
Aula 4 - Difusão 
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4 Difusão
Aula 4 - Difusão 
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4 Difusão
4.4Primeira lei de Fick
O fluxo difusional (J) é definido com a massa M que se difunde através e 
perpendicular a uma área de seção transversal unitária A. Para um regime 
estacionário que ocorre em uma única direção (x) a matemática da difusão 
é simples uma vez que o fluxo é proporcional ao gradiente de 
concentração Quantos kg 
está 
passando por 
aquela área 
por segundo
Aula 4 - Difusão 
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4 Difusão
4.4Primeira lei de Fick
Um gradiente de concentração pode ser criado
quando dois materiais de composição diferente
são colocados em contato . A força motriz é
utilizado para explicar o que induz a reação a
ocorrer , para a difusão ocorrer várias forças são
possíveis mas quando a difusão está em regime
estacionário, o gradiente de concentração será a
força motriz.
Aula 4 - Difusão 
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4 Difusão
4.5 Difusividade 
Fatores que influenciam 
Energia de ativação: energia necessária para produzir movimento difusiva 
dos átomos (sendo por lacunas ou intersticiais)
Temperatura
Composição 
Aula 4 - Difusão 
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4 Difusão
4.5 Difusividade 
Aula 4 - Difusão 
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4 Difusão
4.6 2ª Lei de Fick
A maioria das situações práticas estão relacionadas ao estado não
estacionário , ou seja, o fluxo de difusão e o gradiente de concentração
em algum ponto particular no sólido variam com o tempo.
Aula 4 - Difusão 
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4 Difusão
Aula 4 - Difusão 
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4 Difusão
Aula 4 - Difusão 
26/10/2022 16:12 41
4 Difusão
Aula 4 - Difusão 
26/10/2022 16:15 42
4 Difusão
Aula 4 - Difusão 
26/10/2022 16:18 43
4 Difusão
Aula 4 - Difusão 
26/10/2022 16:23 44
4 Difusão
Tempo para 
adicionar 
carbono
Aula 5 - Introdução sobre Mecanismo de Endurecimento 
26/10/2022 11:10 45
• Sistema de escorregamento: o deslizamento ocorrem 
preferencialmente segundo planos e direções cristalográficas 
específicos, sendo que esses são aqueles que apresentam planos com 
maior densidade atômica e direção mais compacta deste plano.
• A capacidade de um material se deformar plasticamente está 
relacionado com a habilidade das discordâncias se movimentarem.
Disciplina: Metalurgia Física / Tratamento 
Térmico 
Professora: Dra. Karina A. Martins Barcelos Gonçalves
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