Cap 2 - Noes de Metalurgia Fsica

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Tel.: (
 
UERJ 
CAMPUS REGIONAL DE RESENDE 
ENGENHARIA DE PRODUÇÃO 
ÊNFASE EM PRODUÇÃO MECÂNICA 
LO 2: NOÇÕES DE METALURGIA FÍSICA 
DEPARTAMENTO DE MECÂNICA E ENERGIA 
PROCESSOS DE FABRICAÇÃO IV 
PROF. ALEXANDRE ALVARENGA PALMEIRA 
RSIDADE DO ESTADO DO RIO DE JANEIRO 
Estrada Resende Riachuelo s/n. - Morada da Colina 
Resende — RJ - CEP: 27.523-000 
24) 3354-0194 ou 3354-7851 e Fax: (24) 3354-7875 
E-mail: palmeira@uerj.br 
Terça-feira, 22 de Março de 2005 
 
ENGENHARIA DE PRODUÇÃO 
PROCESSOS DE FABRICAÇÃO IV 
Alexandre Alvarenga Palmeira, MSc 
 
SUMÁRIO 
 
 
I- INTRODUÇÃO ........................................................................................................ 1 
II- MICROESTRUTUA DOS METAIS........................................................................ 2 
II.1 CONCEITO DE GEOMETRIA DOS CRISTAIS ................................................... 2 
II.2 PARÂMETROS DE REDE: DIREÇÕES E PLANOS CRISTALINOS .................. 3 
II.3 ESTRUTURAS CRISTALINAS DOS METAIS ................................................... 5 
II.4 DEFEITOS DE REDE ..................................................................................... 10 
III- DEFORMAÇÃO ELÁSTICA E PLÁSTICA .......................................................... 27 
III.1 DEFORMAÇÃO ELÁSTICA ............................................................................ 27 
III.2 DEFORMAÇÃO PLÁSTICA ......................................................................... 27 
IV- ESTADO ENCRUADO DOS METAIS E RECRISTALIZAÇÃO(,) ........................... 28 
IV.1 ENCURAMENTO ............................................................................................ 28 
IV.2 FATORES QUE AFETAM A MICROESTR. DO METAL DEFORMADO ......... 29 
IV.3 HETEROGENEIDADES DE DEFORMAÇÃO NA MICROESTRUTURA ......... 30 
IV.4 TRANSF. DE FASE INDUZIDAS POR DEFORMAÇÃO PLÁSTICA .............. 32 
IV.5 AMOLECIMENTO POR DEFORMAÇÃO....................................................... 33 
V- TRABALHO À QUENTE, À MORNO E À FRIO ................................................... 34 
V.1 GERAÇÃO DE CALOR NA CONFORMAÇÃO MECÂNICA .............................. 35 
V.2 TRABALHO À QUENTE - TQ ......................................................................... 36 
V.3 TRABALHO À MORNO - TM .......................................................................... 40 
V.4 TRABALHO À FRIO - TF ................................................................................ 41 
 ii 
 
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PROCESSOS DE FABRICAÇÃO IV 
Alexandre Alvarenga Palmeira, MSc 
 
VI- PRINCIPAIS PROPRIEDADES DOS MATERIAIS METÁLICOS.......................... 43 
VI.1 PROPRIEDADES MECÂNICAS...................................................................... 44 
VI.2 PROPRIEDADES TECNOLÓGICAS............................................................. 44 
VI.3 PROPRIEDADES DE USO OU DE UTILIZAÇÃO .......................................... 47 
VI.4 OUTRAS PROPRIEDADES ......................................................................... 49 
VII- EFEITOS DO ENCR. E DA RECRIST. NAS PROPR. MEC. DOS METAIS ........... 50 
VII.1 PROCESSOS DE RECUPERAÇÃO E RECRISTALIZAÇÃO .......................... 50 
 
 
 
 iii 
 
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ÍNDICE DE FIGURAS 
 
 
Figura 1: Representação gráfica das redes cristalinas atômicas.................................................2 
Figura 2: Representação gráfica das direções cristalinas atômicas..........................................3 
Figura 3: Representação gráfica das direções cristalinas — Índice de Miller . .........................4 
Figura 4: Representações da estrutura ccc, onde A e B são modelos de esferas e C 
modelo de bolas......................................................................................................................................5 
Figura 5: Representação da estrutura ccc. ........................................................................................ 6 
Figura 6: Representações da estrutura cfc, onde A e B são modelos de esferas e C 
modelo de bolas...................................................................................................................................... 7 
Figura 7: Representação da estrutura cfc. .......................................................................................... 7 
Figura 8: Cálculo do fator de empacotamento da estrutura cfc................................................. 8 
Figura 9: Representações da estrutura cfc, onde A e B são modelos de esferas e C 
modelo de bolas..................................................................................................................................... 8 
Figura 10: Representação da estrutura hc...........................................................................................9 
Figura 11: Cálculo do fator de empacotamento da estrutura hc. ..................................................9 
Figura 12: Defeito pontual — vazio.............................................................................................................11 
Figura 13: Defeito pontual em sólidos iônicos. ................................................................................... 12 
Figura 14: Solução sólida substitucional. ............................................................................................ 12 
Figura 15: Solução sólida interticial....................................................................................................... 12 
Figura 16: Curva tensão-deformação de um ensaio de tração. ................................................... 13 
Figura 17: Ensaio de tração em um monocristal. .............................................................................. 14 
Figura 18: Foto do escorregamento de um monocristal de zinco................................................ 14 
Figura 19: Discordância em cunha ou aresta. .................................................................................... 15 
Figura 20: Discordância em cunha ou aresta. ................................................................................... 16 
Figura 21: Movimento de uma discordância em cunha ou aresta. ............................................... 16 
Figura 22: Discordâncias vistas através de microscopia eletrônica de transmissão..........17 
Figura 23: Discordância em hélice.......................................................................................................... 18 
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Figura 24: Discordância em hélice na superfície de um monocristal de SiC, as linhas 
escuras são degraus de escorregamento superficiais........................................................... 18 
Figura 25: Defeito de contorno de grão. .............................................................................................. 19 
Figura 26: Contorno de macla conforme pode ser observ. através de microscopia ótica.20 
Figura 27: Micrografia é de uma liga com defeito de macla. ........................................................20 
Figura 28: Micrografia de um defeito de empilhamento. ................................................................ 21 
Figura 29: Defeito de contorno de pequeno ângulo......................................................................... 22 
Figura 30: Compactado de pó de ferro, compactação uniaxial em matriz de duplo efeito, a 
550 MPa................................................................................................................................................23 
Figura 31: Compactado de pó de ferro após sinterização a 1.150oC, por 120 min ematmosfera de hidrogênio. .................................................................................................................23 
Figura 32: Ferro fundido cinzento perlítico. ....................................................................................... 25 
Figura 33: Inclusões de óxido de cobre (Cu2O) em cobre de alta pureza (99,26%) laminado 
a frio e recozido a 800oC................................................................................................................. 25 
Figura 34: Sulfetos de manganês (MnS) em aço rápido...............................................................26 
Figura 35: Bandas de transição em grão deformado com subestrutura celular. ................. 31 
Figura 36: Banda de cisalhamento em metal deformado, vistas no corte longitudinal 
(macroscópico)..................................................................................................................................... 31 
Figura 37: Representação da temperatura homóloga e das faixas de temperatura : 
trabalho a frio (TF), a morno (TM) e a quente (TQ)................................................................34 
Figura 38: Variação da tensão de compressão com a deformação em função da 
temperatura para um aço de baixo carbono. ............................................................................ 37 
Figura 39: Diagrama esquemático dos efeitos de temperatura, pressão e taxa de 
deformação sobre a faixa de trabalho permissível na conformação a quente. .............39 
Figura 40: Aumento do limite de escoamento e de resistência à tração e diminuição do 
alongamento (e redução de área na fratura)com o encruamento devidos ao trabalho 
a frio......................................................................................................................................................... 41 
Figura 41: Alterações na resistência, ductilidade e microestrutura durante (A) trabalho a 
frio, (B) recuperação e (C) recristalização ................................................................................. 51 
Figura 42: Efeito do trabalho a frio prévio e da temperatura de recozimento sobre o 
tamanho de grão do material recozido. ......................................................................................53 
Figura 43: Efeito do processo de recristalização. ..........................................................................55 
 
 v 
 
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ÍNDICE DE TABELAS 
 
 
Tabela 1: Interdependência das propriedades com a estrutura cristalina. .............................. 10 
Tabela 2: Temperaturas de fusão dos principais materiais metálicos.....................................45 
Tabela 3: Classificação dos metais em ordem decresc. de Maleabilidade e Ductilidade. ..46 
Tabela 4: Temperaturas de recristalização para alguns metais e ligas de uso comum.....52 
Tabela 5: Classificação do produto em função do encruamento ................................................54 
 
 
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RESUMO 
 
Os metais são compostos por átomos arranjados segundo formas geométricas 
específicas, onde comportamento plástico dos metais está intimamente ligado a 
estrutura atômica do mesmo. Dentre as estruturas cristalinas dos metais, as mais 
importantes são: CCC, CFC e HC. As estruturas cristalinas formam as redes cristalinas, 
que compõem os grãos, porém tais redes não são perfeitas, apresentando de feitos ditos: 
pontuais, lineares, planares e volumétricos. Estes defeitos influem diretamente nas 
propriedades dos metais, como também na forma e quantidade de deformação plástica 
que o material poderá absorver durante um processo de conformação. Gerando, muitas 
vezes, um estado encruado. Vários fatores que afetam a microestrutura do metal 
deformado, tais como: a EDE, a presença de atomos de soluto, o tamanho inicial do grão, 
a taxa e a temperatura de deformação. Logo o material apresenta heterogeneidades na 
sua microestrutura, dentro de um mesmo grão ou entre grãos, causadas pela 
deformação, tais como, as bandas de transição, as bandas de cisalhamento e as maclas 
de deformação. Em alguns casos podem ocorrer transformações de fase induzidas por 
deformação plástica, ou até amolecimento por deformação. Durante a conformação o 
metal pode ser trabalho à quente, à morno e à frio, sendo assim os processos de 
conformação são normalmente classificados em operações de trabalho a quente, a morno 
e a frio. O trabalho a quente é definido como a deformação sob condições de temperatura 
e taxa de deformação tais que processos de recuperação e recristalização ocorrem 
simultaneamente com a deformação. De outra forma, o trabalho a frio é a deformação 
realizada sob condições em que os processos de recuperação e recristalização não são 
efetivos. No trabalho a morno ocorre recuperação, mas não se formam novos grãos (não 
há recristalização). Influenciando diretamente em sua propriedades. As propriedades 
mecânicas dos metais são diretamente afetadas pelo encruamento e recristalização do 
mesmo, tornando muito importante a perfeita compeenção dos processos de recuperação 
e recristalização. 
Palavras Chaves: Microestrutura, Encruamento e Materiais 
 vii 
 
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I- INTRODUÇÃO 
 
 Após a descoberta da difração de raios X por cristais metálicos por Von Laue, em 
1912, e da constatação de que os metais eram compostos fundamentalmente por átomos 
arranjados segundo formas geométricas específicas, foram feitas muitas investigações das 
relações entre estrutura atômica e comportamento plástico dos metais. Grande parte do 
trabalho fundamentalmente sobre deformação plástica dos metais tem sido realizada em 
amostras de monocristais, afim de eliminar os efeitos complexos de contornos de grão e as 
restrições impostas por grãos vizinhos e partículas de segunda fase. 
 A análise de difração de raio X mostra que os atomos de um cristal estão arranjados 
numa forma regular e repetida na três dimensões. Este arranjo atômico dos metais é 
representado de maneira mais simples através de uma rede cristalina na qual os átomos são 
visualizados como esferas rígidas localizadas em posições particulares de um arranjo 
geométrico. 
 As forças entre eles são portanto isotrópicas. Os átomos são organizados em um 
arranjo (reticulado) espacial, que é uma coleção tridimensional de pontos, onde cada ponto 
do arranjo (reticulado) é idêntico a qualquer outro ponto. O reticulado pode ser descrito 
pela célula unitária (modelo geométrico), que é a menor unidade de repetição do 
reticulado. Em alguns metais, como por exemplo o Al e o Mg, é mais simples visualizar os 
átomos como um empilhamento de camadas, onde cada átomo tem 12 vizinhos (outros 
átomos) mais próximos, 6 em seu próprio plano, 3 no plano superior adjacente e 3 no plano 
inferior. Estas são as chamadas estruturas compactas. 
 
 
 1 
 
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II- MICROESTRUTUA DOS METAIS 
II.1 CONCEITO DE GEOMETRIA DOS CRISTAIS. 
 
 A característica mais óbvia da estrutura cristalina é que ela é regular e repetitiva. A 
célula unitária permite descrever qualquer tipo estrutura como um todo, porque a estrutura 
completa pode ser gerada pela repetição da célula unitária no espaço. Há apenas sete 
formas de célula unitária que podem ser empilhadas para formar os sistemas cristalinos no 
espaço tridimensional. Elas são: cúbica, tetragonal, ortorrômbica, romboédrica, 
hexagonal, monoclínica e triclínica. Conforme pode ser observado na Figura 1 a seguir: 
 
Figura 1: Representação gráfica dasredes cristalinas atômicas. 
 2 
 
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 Destes sistemas cristalinos podemos identificar 14 tipos diferentes de células 
unitárias, conhecidas como redes de Bravais (Figura 1). Cada uma destas células 
unitárias tem certas características que ajudam a diferenciá-las das outras células 
unitárias. Além do mais, estas características também auxiliam na definição das 
propriedades de um material particular. 
 
 
II.2 PARÂMETROS DE REDE: DIREÇÕES E PLANOS CRISTALINOS 
 
Direções Cristalinas 
 
 Na Figura 2 é representada as direções cristalinas de um cristal. 
 
Figura 2: Representação gráfica das direções cristalinas atômicas. 
 
 Onde: a, b e c definem os eixos de um sistema de coordenadas em 3D. Qualquer 
linha (ou direção) do sistema de coordenadas pode ser especificada através de dois 
pontos: um deles sempre é tomado como sendo a origem do sistema de coordenadas, 
(0,0,0) por convenção; o outro, é o primeiro ponto do cristal, (u,w,v), que você alcançaria 
caso estivesse andando na direção especificada a partir de (0,0,0). Distinguir uma direção 
cristalina de um ponto do cristal é fácil, já que a direção é representada entre colchetes [...]. 
 
 
Origem do sistema de coordenadas 
 
 O espaço lático é infinito... A escolha de uma origem é completamente arbitrária, 
uma vez que cada ponto do reticulado cristalino é idêntico. A designação de pontos, 
 3 
 
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direções e planos específicos fixados no espaço absoluto serão alterados caso a origem seja 
mudada, porém todas as designações serão auto-consistentes se partirem da origem como 
uma referência absoluta. Por exemplo: dada uma origem qualquer, haverá sempre uma 
direção [110] definida univocamente, e [110] sempre fará exatamente o mesmo ângulo 
com a direção [100]. 
 
 
Escolha dos eixos coordenados 
 
 Sempre que possível, escolhe-se como sistema de referência o cartesiano (i.e., o 
sistema convencional de coordenadas x,y,z). Porém, quando estamos lidando com cristais 
e suas propriedades, é melhor deixar o próprio reticulado espacial definir o sistema de 
coordenadas mais apropriado para ele, em função dos eixos cristalinos. Os eixos podem 
não ser perpendiculares entre si, bem como as unidades para cada eixo, que podem ser 
diferentes (se os parâmetros de rede forem diferentes). 
 
 
Planos atômicos 
 
 Considere a Figura 3, a seguir. 
 
Figura 3: Representação gráfica das direções cristalinas – Índice de Miller . 
 
 As interseções do plano com os eixos são: 
– eixo a em r = 2 
– eixo b em s = 4/3 
– eixo c em t = ½ 
 4 
 
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 Para designar simbolicamente os planos de um reticulado, calcula-se os recíprocos 
de r, s, e t; Ache-se o mínimo múltiplo comum que converte todos o recíprocos em 
inteiros; em seguida inclui-se estes valores em parênteses. Isto é chamado notação em 
Índice de Miller. Desta forma, para o plano acima, temos o seguinte Índice de 
Miller: (2,3,8) 
 A perfeita notação dos planos cristalinos é de grande importância, pois serve para: 
– determinação da estrutura cristalina 
– deformação plástica: A deformação plástica (permanente) dos metais ocorre pelo 
deslizamento dos átomos, escorregando uns sobre os outros no 
cristal. Este deslizamento tende a acontecer preferencialmente 
ao longo de planos e direções específicos do cristal. 
– propriedades de transporte: em certos materiais, a estrutura atômica em determinados 
planos causa o transporte de elétrons e/ou acelera a 
condução nestes planos, e, relativamente, reduz a 
velocidade em planos distantes destes. 
 
 
II.3 ESTRUTURAS CRISTALINAS DOS METAIS 
 
 Dentre as estruturas cristalinas dos metais as mais importantes são: 
– Estrutura cúbica de corpo centrado - ccc 
– Estrutura cúbica de face centrado -cfc 
– Estrutura hexagonal compacta- hc 
 
ESTRUTURA CÚBICA DE CORPO CENTRADO — ccc 
 
 Na Figura 4, a seguir, são representados de várias formas a estrutura ccc. 
 
Figura 4: Representações da estrutura ccc, onde A e B são 
modelos de esferas e C modelo de bolas. 
 5 
 
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 Esta é uma célula unitária de uma estrutura cúbica de corpo centrado, ccc. Como 
visto, ela contém um átomo em cada vértice do cubo e um átomo em seu centro. Sendo 
assim, cada célula unitária contém dois átomos (8 dos vértices que estão compartilhados 
com mais 7 outras células + 1 átomo do centro: 8 x 1/8 + 1 = 2). 
 Considerando que número de coordenação seja o número de vizinhos mais 
próximos de um átomo, temos para a estrutura cúbica de corpo centrado, o número de 
coordenação 8. Definindo o fator de empacotamento como a relação entre o volume 
ocupado pelos átomos e o volume da célula unitária, temos: 
 
fator de empacotamento = volume de 1 átomo (esfera) x 2 átomos / volume do cubo 
 
 
Figura 5: Representação da estrutura ccc. 
 
 Observando a Figura 5, podemos correlacionar o parâmetro da célula unitária a, 
com o raio atômico r. Uma vez que os átomos que estão em contato pontual são aqueles ao 
longo das diagonais do cubo, temos para a estrutura cúbica de corpo centrado: 
fator de empacotamento =
( )
3
3
3
r4
r34x2



π
 = 0,68 (2. 1) 
 
 6 
 
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ESTRUTURA CÚBICA DE FACE CENTRADA - cfc 
 
 Na Figura 6, a seguir, são representados de várias formas a estrutura cfc. 
 
Figura 6: Representações da estrutura cfc, onde A e B são 
modelos de esferas e C modelo de bolas. 
 
 Como visto, ela contém um átomo em cada vértice do cubo além de um átomo em 
cada face do cubo. Logo, cada célula unitária contém quatro átomos (8 dos vértices, que 
estão compartilhados com mais 7 outras células + 6 átomos das faces, que estão 
compartilhados, cada qual, com outra célula 8 x 1/8 + 6 x ½ = 4). 
 
Figura 7: Representação da estrutura cfc. 
 
 Analisando a Figura 7, podemos observar que o número de coordenação ( número 
de vizinhos mais próximos de um átomo) da estrutura cúbica de face centrada é 12. Se 
definirmos fator de empacotamento como sendo a relação entre o volume ocupado pelos 
átomos e o volume da célula unitária, temos: 
 
fator de empacotamento = volume de 1 átomo (esfera) x 4 átomos / volume do cubo 
 
 7 
 
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 Observando a Figura 8, podemos correlacionar o parâmetro da célula unitária a, 
com o raio atômico r. Uma vez que os átomos do vértice estão em contato pontual com o 
átomo do centro em cada face, temos para a estrutura cúbica de face centrada: 
fator de empacotamento = 
( )
( )3
3
2r4
r34x4 π
 = 0,74 (2. 2) 
 
Figura 8: Cálculo do fator de empacotamento da estrutura cfc. 
 Note que 0,74 é o maior valor que pode ter o fator de empacotamento quando se 
considera um modelo de esferas de mesmo diâmetro. 
 
 
ESTRUTURA HEXAGONAL COMPACTA - hc 
 
 Na Figura 9, a seguir, são representados de várias formas a estrutura cfc. 
 
Figura 9: Representações da estrutura cfc, onde A e B são 
modelos de esferas e C modelo de bolas. 
 8 
 
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 A célula unitária de uma estrutura hexagonal compacta contém um átomo em cada 
vértice dos hexágonos de base (superior e inferior) e três átomos em seu centro. A célula 
unitária de uma estrutura hc pode ser visualizada como um hexágono regular cujos planos 
superiore inferior contem 7 átomos. Entre estes planos está um meio-hexágono de 3 
átomos. 
 Há dois parâmetros de rede (láticos) em um cristal hc, a e c, representando os 
parâmetros basais e de altura, respectivamente. No caso ideal, a relação c/a é de 1,633, 
porém, divergências podem ocorrer. Conforme pode ser observado na Figura 10. 
 
Figura 10: Representação da estrutura hc. 
 
 O número de coordenação e o fator de empacotamento são exatamente idênticos 
aos da estrutura cfc (12 e 0,74,respectivamente), uma vez que ambas estruturas estão 
empacotadas compactamente (Figura 11). 
 
Figura 11: Cálculo do fator de empacotamento da estrutura hc. 
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II.4 DEFEITOS DE REDE 
 
 Os cristais reais apresentam desvios da periodicidade perfeita que podem ocorrer de 
diversas maneiras importantes. Se, por um lado, o conceito de rede perfeita é adequado 
para explicar as propriedades independentes da estrutura dos metais, por outro lado devem-
se considerar diversos tipos de defeitos da rede para que se tenha uma melhor compreensão 
das propriedades dependentes da estrutura. A descrição destas propriedades reduz-se 
portanto, na maior parte, à própria descrição do comportamento destes defeitos. 
 Os defeitos, mesmo em concentrações muito pequenas, podem causar uma 
mudança significativa nas propriedades de um material. 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 e os cristais não teriam nenhuma 
cor. Na Tabela 1 relaciona-se a interdependência das propriedades com a estrutura 
cristalina. 
Tabela 1: Interdependência das propriedades com a estrutura cristalina. 
Independente da Estrutura Dependente da Estrutura 
Constantes elásticas Condutividade elétrica 
Ponto de fusão Propriedades semicondutoras 
Densidade Limite de escoamento 
Calor específico Resistência à fratura 
Coeficiente de expansão térmica Resistência à fluência 
 
 Logo um defeito de rede é uma imperfeição ou um “erro” no arranjo periódico 
regular dos átomos em um cristal. 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 defeitos de 
rede podem ser: 
– Defeitos Pontuais: falhas que se estendem sobre somente alguns átomos (0-D); 
– Defeitos Lineares: irregularidades que se estendem através de uma única fileira de 
átomos (1-D); 
– Defeitos Planares: falhas que se estendem através de um plano de átomos (2-D); 
– Defeitos Volumétricos: irregularidades que se estendem sobre o conjunto 3-D dos 
átomos na estrutura. 
 Além desta classificação, os defeitos podem ser categorizados como: 
– intrínsecos: Defeitos decorrentes das leis físicas. 
– extrínsecos: Defeitos presentes devido ao meio ambiente e/ou as condições de 
processamento. 
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 Sendo que a maioria dos defeitos é extrínseca. 
DEFEITOS PONTUAIS 
 
 Os defeitos pontuais podem ser: 
– Vazios: ausência de um átomo da sua posição normal em uma estrutura cristalina 
perfeita; 
– Intersticiais: ocorrência de um átomo em uma posição que não pertence à estrutura do 
cristal perfeito, como um vazio intersticial. 
 A presença de um vazio significa que as ligações atômicas na vizinhança do defeito 
não foram satisfeitas (Figura 12). A presença de um intersticial significa uma distorção na 
estrutura devido ao desajuste causado pela presença deste átomo. 
 
Figura 12: Defeito pontual – vazio. 
 
OBS1: de acordo com a curva do potencial de ligação, lembramos que desvios ou 
distorções na distância interatômica de equilíbrio causam aumento de energia 
 
OBS2: Defeitos Pontuais em Sólidos Iônicos 
 Os vazios também são necessários nos sólidos iônicos, contudo eles são de outros 
tipos. Os vazios devem ser formados de tal maneira que o sólido permaneça neutro 
eletricamente. Vazios isolados não podem ser formados porque eles conduzem ao 
aparecimento de um centro da carga. Existem duas maneiras principais para a criação de 
defeitos de ponto (ou pontuais) nos sólidos iônicos sem que haja desequilíbrio de carga: a 
dos vazios correlacionados ou defeitos de Schottky (Figura 13 – esquerda) e a dos grupos 
vazios-intersticiais ou defeitos de Frenkel (Figura 13 – direita) 
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Figura 13: Defeito pontual em sólidos iônicos. 
 Ao tratar de átomos de impureza nos sólidos, usamos uma terminologia análoga 
àquela usada para uma solução de átomos de impureza em um líquido, onde o cristal 
matriz é o solvente e os átomos de impureza o soluto. O cristal matriz contendo impurezas 
é chamado uma solução sólida, porque os átomos de impureza ocupam posições aleatórias 
no cristal, similarmente a um soluto em um líquido. Podem ser: 
 SOLUÇÕES SÓLIDAS SUBSTITUCIONAIS, onde os átomos de impureza estão 
localizados em posições normalmente ocupadas pelos átomos do cristal matriz. Eles 
substituem os átomos do cristal matriz, são chamados impurezas substitucionais (Figura 
14) 
 
Figura 14: Solução sólida substitucional. 
 
 SOLUÇÕES SÓLIDAS INTERSTICIAIS, onde os átomos de impureza estão localizados 
nos interstícios da estrutura cristalina matriz. São chamados impurezas intersticiais. Estas 
impurezas normalmente tem um pequeno tamanho quando comparadas aos átomos da 
matriz (Figura 15). 
 
Figura 15: Solução sólida interticial. 
 
 
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DEFEITOS EM LINHA NOS MATERIAIS CRISTALINOS 
 
 Os defeitos em linha são imperfeições em uma estrutura cristalina nas quais uma 
linha de átomos tem uma estrutura local que difere da estrutura circunvizinha. Os defeitos 
de linha são extrínsecos: sua presença não é necessária por razões termodinâmicas; eles 
são criados devido às condições de processamento (a forma usada na fabricação do 
material) e por forças mecânicas que atuam sobre o material. Estão quase sempre 
presentes nos cristais reais. Por exemplo em um material típico, aproximadamente 5 de 
cada 100 milhões de átomos (0,000005%) pertencem a um defeito de linha. Em uma 
porção de material de 10 cm3 (cerca do tamanho de um dado de seis lados), haverá 
aproximadamente 1017 átomos que pertencem a defeitos de linha. Os defeitos em linha, 
que são chamados discordâncias, e têm uma forte influência sobre as propriedades 
mecânicas dos metais e de alguns cerâmicos. 
 
– Observações Experimentais em Monocristais Metálicos 
 
 A Figura 16, mostra a curva tensão-deformação, obtida de um ensaio de tração, de 
um monocristal típico de magnésio, orientado de forma que o plano basal forme um ângulo 
de 45o com o eixo da tensão. Ao ser atingida uma tensão de tração muito baixa, de cerca 
de 0,70 MPa, o cristal escoa plasticamente e então se alonga com facilidade até se tornar 
uma tira que pode ser quatro ou cinco vezes mais longa que o cristal original. 
 
Figura 16: Curva tensão-deformação de um ensaio de tração. 
 
 13 
 
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Figura 17: Ensaio de tração em um monocristal. 
 
 Se a superfície do cristal deformado for examinada, pode-se observar marcas que 
circundam a amostra, de maneira aproximadamente contínua, com o formato de elipse 
(Figura 18). Quando observadas com grande aumento, essas marcas revelam-se como as 
manifestações visíveis de uma série de pequenos degraus formadosna 
superfície. Evidentemente, em decorrência da aplicação da força, o cristal foi cisalhado em 
vários planos paralelos. Além disso, a análise cristalográfica das marcas, mostra que esses 
planos são os basais (0002), ou seja, os planos mais compactos do cristal. Quando ocorre 
esse tipo de deformação, diz-se que o cristal sofreu “escorregamento”; as marcas visíveis 
na superfície são chamadas de linhas de escorregamento, e o plano cristalográfico no qual 
ocorreu o cisalhamento é chamado de plano de escorregamento. 
 
Figura 18: Foto do escorregamento de um monocristal de zinco*. 
 
 A tensão de cisalhamento correspondente ao início da fase plástica em um 
monocristal é surpreendentemente pequena quando comparada à resistência ao 
 
* C.F. Elam, The Distortion of Metal Crystals, Oxford Univ. Press,London, 1935. 
 14 
 
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cisalhamento de um cristal perfeito (calculada em termos de forças coesivas entre os 
átomos). 
 Em outras palavras, o cristal se deforma plasticamente com tensões 1/10.000 de sua 
resistência teórica. Analogamente, os cristais reais de outros metais se deformam sob 
tensões que são frações pequenas de suas resistências teóricas (1/1.000 a 1/10.000). A 
explicação para a discrepância entre os limites de escoamento calculado e real reside no 
fato de que os cristais não são perfeitos, pois contem defeitos, sendo que as discordâncias 
são o tipo de defeito responsável por este fato. 
 
 
– Discordâncias 
 
 Discordâncias são defeitos 1D em um cristal. O tipo mais simples de discordância 
pode ser visto como um semiplano atômico extra, inserido na estrutura, o qual termina em 
qualquer lugar do cristal. A extremidade do meio plano é a discordância, conforme mostra 
a Figura 19, a seguir. 
 
Figura 19: Discordância em cunha ou aresta. 
 
 Discordâncias deste tipo são chamadas discordâncias em aresta ou em cunha e 
são representadas pelo símbolo ^. Podemos desenhar um vetor, t, tangente à discordância, 
que define sua direção positiva, a direção escolhida como positiva é arbitrária, mas pode 
ser usada de forma consistente. 
 Consideremos agora o semiplano extra que está dentro do cristal. Um exame da 
Figura 20 (esquema tridimensional de uma discordância em aresta) mostra claramente que 
o cristal está distorcido onde o semiplano atinge o plano de escorregamento. 
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Figura 20: Discordância em cunha ou aresta. 
 Pode-se também deduzir que a distorção diminui de intensidade quando se caminha 
em sentido oposto à aresta do semiplano, porque a grandes distâncias dessa aresta, os 
átomos tendem a rearranjar-se como em um cristal perfeito. A distorção do cristal é, pois, 
centrada em torno da aresta do plano extra. A Figura 21, ilustra como uma discordância se 
move através do cristal, sob a aplicação de uma tensão de cisalhamento. Pela aplicação da 
tensão, o átomo C pode mover-se para a posição C’ indicada na figura. Se isso acontecer, 
a discordância mover-se-á de uma distância atômica para a direita. A contínua aplicação 
da tensão levará à movimentação da discordância em etapas repetidas. O resultado final é 
que o cristal é cisalhado no plano de escorregamento de uma distância atômica. 
 
Figura 21: Movimento de uma discordância em cunha ou aresta. 
 
 16 
 
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 Cada etapa do movimento da discordância, requer somente um pequeno rearranjo 
de átomos nas vizinhanças do plano extra. Resulta disso que uma força muito pequena 
pode mover uma discordância. Cálculos teóricos mostram que essa força é de ordem de 
grandeza compatível para justificar os baixos limites de escoamento dos cristais reais. 
 O movimento de uma discordância através de todo o cristal produz um degrau na 
superfície do mesmo, cuja profundidade é de uma distância atômica. Como uma distância 
atômica em cristais metálicos é da ordem de alguns ângstrons, esse degrau evidentemente 
não é visível a olho nu. Muitas centenas ou milhares de discordâncias devem movimentar-
se em um plano de escorregamento para que seja produzida uma linha de escorregamento 
visível. Conforme pode ser observado na Figura 22. 
 
Figura 22: Discordâncias vistas através de microscopia eletrônica de transmissão. 
 
 Além das discordâncias em aresta, existem as discordâncias em hélice ou 
helicoidais. A designação “hélice” para esse defeito do reticulado deriva do fato de que os 
planos do reticulado do cristal formam uma espiral na linha da discordância (Figura 23 e 
Figura 24). Elas normalmente se formam na superfície de um cristal durante o seu 
crescimento. 
 17 
 
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Figura 23: Discordância em hélice. 
 
Figura 24: Discordância em hélice na superfície de um monocristal de SiC, as linhas 
escuras são degraus de escorregamento superficiais. 
 
DEFEITOS PLANARES 
 
 São imperfeições superficiais de natureza estrutural que decorrem de uma variação 
no empilhamento dos planos atômicos através de um contorno. Tal variação pode ser tanto 
na orientação, quanto na seqüência de empilhamento dos planos. 
 
– Contornos de Grão 
 
 São as imperfeições superficiais que separam cristais de diferentes orientações, 
num agregado policristalino. Como se ilustra na Figura 25, para um modelo 
 18 
 
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bidimensional, os átomos do contorno entre dois grãos aleatoriamente orientados não 
podem ter um complemento perfeito de átomos vizinhos; em conseqüência, existe uma 
região de transição onde o empilhamento atômico é imperfeito. Em três dimensões, esta 
transição ocorre através da superfície que separa os grãos. É a natureza imperfeita dos 
contornos dos grãos que permite ao microscopista vê-los, pois, num material cristalino 
transparente, eles dispersam a luz e num material opaco, eles podem ser atacados 
quimicamente. 
 
Figura 25: Defeito de contorno de grão. 
– Contornos de Macla 
 
 Imperfeições superficiais que separam duas orientações que são imagens 
especulares uma da outra são chamadas contornos de macla. O volume do material cuja 
orientação é imagem especular da orientação da matriz é chamado macla; as maclas 
podem originar-se durante o crescimento de um cristal ou durante uma 
deformação. Cisalhamento paralelo ao contorno da macla pode produzir a macla, como 
mostrado na Figura 26, a seguir, particularmente se o escorregamento for difícil de se 
iniciar ou propagar nessa direção. 
 19 
 
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Figura 26: Contorno de macla conforme pode ser observado através de microscopia ótica. 
 
 O cisalhamento da rede é uniforme, isto é, o afastamento de um ponto da rede na 
região maclada é diretamente proporcional à sua distância do contorno e é paralela ao 
contorno da macla. Se a cada ponto da rede está associado mais de um átomo, como nos 
metais hc, depois do cisalhamento de maclagem devem ocorrer pequenos reajustes 
atômicos para que sejam macladas tanto a rede, como a estrutura cristalina. A Figura 27 
mostra um contorno de macla conforme pode ser observado através de microscopia ótica. 
 
Figura 27: Micrografia é de uma liga com defeito de macla. 
 20 
 
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– Defeito de Empilhamento 
 
 É uma imperfeição superficial que resulta do empilhamento de um plano atômicofora da seqüência, enquanto que a rede é perfeita de cada lado do defeito. Por exemplo, a 
seqüência de empilhamento num cristal cfc ideal pode ser descrita como ABCABCABC..., 
mas, por um defeito de empilhamento a seqüência pode mudar para ABCABABCA .... 
 O defeito de empilhamento neste caso é devido ao plano “A” de átomos vir após o 
segundo “B”, e pode ser descrito como uma região muito fina de empilhamento hc num 
cristal cfc. Tais defeitos de empilhamento podem ocorrer durante o crescimento do cristal 
ou resultar da separação de duas discordâncias parciais. Em ambos os casos, o material 
cristalino de um lado da imperfeição tem a mesma orientação do que se acha do outro lado, 
mas sofreu uma translação em relação a este por uma fração do vetor da rede. Na uma 
Figura 28 micrografia de um defeito de empilhamento 
 
Figura 28: Micrografia de um defeito de empilhamento. 
 
– Contorno de Pequeno Ângulo 
 
 Outra imperfeição superficial é um contorno de pequeno ângulo, que é realmente 
um caso-limite de contorno de grão, em que o ângulo das orientações cristalinas é da 
ordem de poucos graus. Em geral, os contornos de pequeno ângulo podem ser descritos 
por arranjos convenientes de discordâncias. Um contorno inclinado (tilt) de pequeno 
ângulo, é composto de discordâncias em aresta, umas sobre as outras no contorno. Na 
Figura 29 é ilustrado defeito de contorno de pequeno ângulo. 
 21 
 
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Figura 29: Defeito de contorno de pequeno ângulo. 
 
 
DEFEITOS VOLUMÉTRICOS 
 
 Os defeitos tridimensionais são os poros e os precipitados. Os poros (que podem 
ser vistos como um aglomerado de vazios) ocorrem com freqüência nos componentes 
fundidos e são “parte” dos materiais e/ou componentes obtidos pela metalurgia do pó. 
 As figuras a seguir apresentam a superfície de ferro puro durante o seu 
processamento por metalurgia do pó. Note-se que, embora a sinterização tenha diminuído 
a quantidade de poros bem como melhorado sua forma (os poros estão mais arredondados), 
ainda permanece uma porosidade residual. 
 22 
 
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Figura 30: Compactado de pó de ferro, compactação uniaxial em 
matriz de duplo efeito, a 550 MPa. 
 
 
Figura 31: Compactado de pó de ferro após sinterização a 1.150oC, por 120 min em 
atmosfera de hidrogênio. 
 
 23 
 
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 Os precipitados são divididos em dois tipos: partículas de segunda fase e 
inclusões. Quando dois componentes são misturados, podem acontecer basicamente três 
situações: 
(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 onde não se consegue 
mais distinguir os componentes que lhe deram origem (água ou álcool); 
(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 
dizemos que há solubilidade parcial entre os componentes da mistura. 
(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. 
 A abelha é o que a gente chama 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. 
 
EXEMPLO DE PARTÍCULAS DE SEGUNDA FASE 
 
 No ferro fundido cinzento perlítico (Figura 32), a microestrutura é composta por 
veios de grafita sobre uma matriz perlítica. cada grão de perlita, por sua vez, é constituído 
 24 
 
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por lamelas alternadas de duas fases: ferrita (ou ferro-α) e cementita (ou carboneto de 
ferro). 
 
Figura 32: Ferro fundido cinzento perlítico. 
 
 
Figura 33: Inclusões de óxido de cobre (Cu2O) em cobre de alta pureza (99,26%) 
laminado a frio e recozido a 800oC. 
 
 25 
 
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Figura 34: Sulfetos de manganês (MnS) em aço rápido. 
 
 
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III- DEFORMAÇÃO ELÁSTICA E PLÁSTICA 
 
III.1 DEFORMAÇÃO ELÁSTICA 
 
 Em um estado geral de tensões, temos que as deformações (ε1, ε2 e ε3) são dadas 
pelas equações (2. 3), a seguir: 
( )[ ]3211 1 σσνσε +−= E 
 
( )[ ]3122 1 σσνσε +−= E 
(2. 3) 
( )[ ]2133 1 σσνσε +−= E 
 
 Somando membro a membro das equações (2. 3), chega-se: 
( ) 

 ++−=++
3
213 321
321
σσσνεεε
E
 
(2. 4) 
 
 Considerando que o termo à esquerda da equação (2. 4) é a deformação volumétrica 
∆ e chamando: 


 ++=
3
321
0
σσσσ (2. 5) 
 
tem-se: 
( )
0
213 σν∆
E
−= (2. 6) 
 
 
III.2 DEFORMAÇÃO PLÁSTICA 
 
 27 
 
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IV- ESTADO ENCRUADO DOS METAIS E RECRISTALIZAÇÃO 
IV.1 ENCURAMENTO 
 
 O encruamento é quando um metal é deformado plasticamente, tornando-se mais 
resistente e uma tensão ainda maior será necessária para que se faça uma deformação 
adicional.† O encruamento por deformação é um dos mais importantes métodos de 
endurecer os metais, vários materiais, como o cobre, que não possuem sistemas de 
endurecimento por precipitação, mas podem ser apreciavelmente endurecidos por trabalho 
a frio. 
 O encruamento ocorre em um metal cristalino porque esses materiais se deformam 
plasticamente pelo movimento das discordâncias e estas interagem diretamente entre si e 
com outras imperfeições, ou, indiretamente, com campos de tensões internos (de curto e 
longo alcance) de várias imperfeições e obstáculos. Essa interação leva a uma redução na 
mobilidade média da discordância, que é o acompanhada por uma necessidade de maior 
tensão para realizar o movimento da discordância, isto é, para uma dada deformação 
plástica. 
 Para compreendermoso estado encruado dos materiais, é necessários compreender 
os fenômenos que estão com ele relacionados. A energia despendida nos processos de 
conformação à frio é na maior parte perdida na forma de calor. Entre 2 a 10 % dessa 
energia utilizada na deformação é armazenada no metal na forma de defeitos cristalinos, 
sendo que para altas deformações o percentual de energia armazenada tende ao limite 
inferior. Onde o principal defeito cristalino gerado na deformação plástica são as 
discordâncias, porém os outros defeitos cristalinos podem ser gerados, como: lacunas, 
defeitos de empilhamento, contornos de macla e interfaces entre fases diferentes (no caso 
de transformação induzida por deformação plástica). 
 A densidade e distribuição dos defeitos gerados na deformação plástica dependem 
de fatores tais como: estrutura cristalina do metal; temperatura; quantidade e velocidade de 
deformação; pureza do metal e sua energia de defeito de empilhamento (EDE). 
 
† MEYERS, M. A. e CHAWLA, K. K., Princípios de Metalurgia Mecânica. Ed. Edgard Blücher, 1982, pg. 290. 
 28 
 
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IV.2 FATORES QUE AFETAM A MICROESTRUTURA DO METAL 
DEFORMADO 
 
 Um dos fatores que apresenta elevada influência sobre a microestrutura do metal 
deformado é a energia de defeito de empilhamento (EDE), a distribuição das 
discordâncias é fortemente dependente da EDE. Quando um metal de baixa EDE é 
deformado, suas discordâncias tem baixa mobilidade devido ao fato das discordâncias 
parciais estarem muito afastadas entre si, levando a uma distribuição planar (homogênea) 
na microestrutura das discordâncias. A baixa EDE implica na dificuldade para a 
ocorrência de fenômenos de escorregamento com desvio ("cross-slip") e escalada ("climb") 
das discordâncias. 
 Por outro lado, metais com alta EDE apresentam discordâncias dissociadas em 
parciais próximas umas das outras, facilitando o escorregamento com desvio e a 
escalada. Isso implica em discordâncias com alta mobilidade, que tendem a se localizar 
em planos cristalinos de baixos índices de Miller, assim como aniquilar-se com 
discordâncias vizinhas de sinal oposto. Logo, metais com alta EDE tendem a apresentar 
uma distribuição heterogênea de discordâncias. 
 Sendo assim, para um dado grau de deformação um metal de alta EDE apresenta 
menor densidade de discordâncias que um metal de baixa EDE. Pois em metais de alta 
EDE, as discordâncias têm maior mobilidade e a ocorrência de aniquilação e rearranjo de 
discordâncias é mais freqüente. 
 
Metais de alta EDE, as discordâncias têm um livre caminho médio maior que em metais de 
baixa EDE, ou seja, elas migram distâncias maiores antes de se tornarem imóveis. 
 
 Outro fator é a presença de átomos de soluto, pois quando se adiciona átomos de 
soluto em um metal puro, há a tendência de alterar a EDE desse metal, o que influenciará 
na distribuição das discordâncias após a deformação. Por exemplo, nos aços inoxidáveis 
austeníticos do sistema Fe-Cr-Ni, um aumento da concentração de cromo causa 
abaixamento da EDE, enquanto um aumento do teor de níquel aumenta a EDE. Além 
disso, a mobilidade das discordâncias é diminuída devido à sua interação com átomos de 
soluto. 
 A medida que se adiciona átomos de soluto em um metal, há um gradativo aumento 
na densidade de discordâncias e da energia armazenada na deformação, assim como a 
diminuição gradativa do tamanho médio de célula de deformação. 
 O tamanho de grão inicial, também apresenta elevada influência, pois um 
tamanho de grão inicial pequeno leva a uma densidade de discordâncias elevadas. Mas, as 
 29 
 
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diferenças locais de densidade de discordâncias entre os grãos são pequenas para altos 
graus de deformação se comparadas com amostras com baixos graus de deformação. 
 E por fim a temperatura e velocidade de deformação, também apresentam 
elevada influencia sobre a microestrutura do metal deformado. A densidade e distribuição 
de discordâncias, a energia armazenada na deformação são fatores que dependem da 
temperatura na qual o metal foi deformado. O abaixamento da temperatura de deformação 
além de diminuir a mobilidade das discordâncias, pode também ocasionar a diminuição da 
energia de defeito de empilhamento. Temperaturas de deformação a frio crescentes 
favorecem a formação de células maiores e melhor definidas. 
 Já o efeito do aumento da velocidade de deformação eqüivale a um abaixamento da 
temperatura de deformação. Porém, pequenas variações na temperatura de deformação 
causam grandes modificações na subestrutura de discordâncias, enquanto grandes 
modificações na velocidade de deformação influenciam relativamente pouco. Por 
exemplo, ao duplicar-se a temperatura absoluta de deformação, o efeito é enorme em 
comparação com a duplicação da velocidade de deformação. 
 
 
IV.3 HETEROGENEIDADES DE DEFORMAÇÃO NA MICROESTRUTURA 
 
 Dentre as heterogeneidades na microestrutura, dentro de um mesmo grão ou entre 
grãos, causadas pela deformação podemos destacar as bandas de transição, as bandas de 
cisalhamento e as maclas de deformação. 
 As bandas de transição ou bandas de deformação são heterogeneidades 
freqüentemente encontradas em uma estrutura deformada e são caracterizadas por 
deformações heterogêneas do reticulado, estando as mesmas confinadas no interior do grão 
não ultrapassando seu contorno. São formadas entre partes diferentes de um mesmo grão 
que sofreram rotações diferentes durante a deformação devido à utilização de diferentes 
sistemas de escorregamento. A região de fronteira entre as duas partes do grão é a banda 
de transição, como ilustra esquematicamente a Figura 35. 
 30 
 
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Figura 35: Bandas de transição em grão deformado com subestrutura celular. 
 
 Dentro das banda de deformação, as células são menores e mais alongadas. O 
inicio da recristalização está associado às altas diferenças de orientação localizadas do 
reticulado, e as bandas de transição são locais preferenciais para início da recristalização. 
 Já as bandas de cislhamento se resume em concentrações de escorregamento em 
regiões de máxima tensão macroscópica de cisalhamento e em planos nos quais a 
deformação encontra pequena resistência. Essas regiões formam ângulos de 
aproximadamente 30 a 60° em relação à direção de deformação. As bandas de 
cisalhamento não se limitam a um determinado grão, atravessando vários grãos, também m 
são heterogeneidades importantes no início da recristalização. Sua ocorrência está 
associada a metais altamente deformados a frio, com metais com tamanho de grão 
grosseiro e deformações com predominância de componentes de compressão. A Figura 36 
mostra esquematicamente bandas de cisalhamento em metal deformado. 
 
Figura 36: Banda de cisalhamento em metal deformado, vistas no corte longitudinal 
(macroscópico). 
 
 As bandas de cisalhamento, também apresentam células de deformação menores e 
alongadas no seu interior e grandes diferenças de orientação em curtas distâncias, quando 
comparadas com uma região do metal que não apresenta essa heterogeneidade. A 
diferença entre bandas de cisalhamento e bandas de transição está no fato de: 
 31 
 
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− As bandas de cisalhamento são formadas no material como um todo, independente da 
estrutura de grãos e dependente do modo e da quantidade de deformação; 
As bandas de transição são formadas por diferenças de deformação a nível 
microestrutural e ficam delimitadasno interior de grãos individuais. 
− 
 Por fim, as maclas de deformação ou maclação mecânica é uma maneira 
alternativa de deformação plástica. Ela ocorre quando a deformação plástica por 
deslizamento de planos se toma difícil, tais como em materiais com estrutura cristalina que 
apresenta poucos sistemas de escorregamento ou durante a deformação plástica em baixas 
temperaturas ou em altas velocidades de deformação. A maclação mecânica exige 
pequenos movimentos atômicos, todavia estes movimentos devem ser coordenados como 
nas transformações martensíticas. São formadas principalmente em metais com estrutura 
hexagonal compacta (HC), eventualmente em metais de estrutura cúbica de corpo centrado 
(CCC) e mais raramente em metais de estrutura cúbica de faces centradas (CFC). 
 Em metais de elevada pureza, ela necessita de uma combinação de fatores para sua 
ocorrência: altas velocidades de deformação em temperaturas baixas e orientação 
cristalográfica desfavorável ao escorregamento. 
 A EDE apresenta alta influência na maclação mecânica de metais com estrutura 
cúbica. A diminuição da EDE leva a uma crescente diminuição da mobilidade das 
discordâncias, desfavorecendo a deformação por escorregamento e favorecendo a 
maclação. A energia de contorno de macla também é diminuída com o abaixamento da 
EDE, o que implica em menor gasto energético para a formação de maclas e 
consequentemente, maior facilidade de ocorrência de maclação mecânica. 
 
 
IV.4 TRANSFORMAÇÕES DE FASE INDUZIDAS POR DEFORMAÇÃO 
PLÁSTICA 
 
 Em alguns sistemas ocorre durante a deformação plástica, além de grande aumento 
da densidade de defeitos cristalinos a formação de novas fases. Estas fases são geralmente 
denominadas martensitas induzidas por deformação. Exemplos típicos são aços 
austeníticos alto manganês e os aços inoxidáveis austeníticos Fe-Cr-Ni. 
 
 
 32 
 
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IV.5 AMOLECIMENTO POR DEFORMAÇÃO 
 
 Apesar de os metais geralmente encruarem à medida que aumenta a deformação, 
pode ocorrer o amolecimento por deformação, este fenômeno foi observado para uma 
variedade de metais. Ele pode ser produzido pela recuperação dinâmica do corpo de prova 
durante o ensaio choque. A subestrutura gerada por choque (emaranhados de 
discordâncias e células de paredes grossas) não é característica da deformação 
convencional a temperatura ambiente (células com parede fina). Quando o corpo de prova 
alcança a tensão de escoamento, a temperatura ambiente, as discordâncias começam a 
mover-se, reorganizando-se em arranjos que são mais estáveis sob as condições impostas 
pelo ensaio de tração. Portanto, em vez de se gerarem novas discordâncias com 
conseqüente encruamento, ocorre simplesmente uma reorganização das discordâncias já 
existentes. 
 
 
 33 
 
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V- TRABALHO À QUENTE, À MORNO E À FRIO 
 
 Os processos de conformação são normalmente classificados em operações de 
trabalho a quente, a morno e a frio. O trabalho a quente é definido como a deformação sob 
condições de temperatura e taxa de deformação tais que processos de recuperação e 
recristalização ocorrem simultaneamente com a deformação. De outra forma, o trabalho a 
frio é a deformação realizada sob condições em que os processos de recuperação e 
recristalização não são efetivos. No trabalho a morno ocorre recuperação, mas não se 
formam novos grãos (não há recristalização). 
 Costuma-se definir, para fins práticos, as faixas de temperaturas do trabalho a 
quente, a morno e a frio baseadas na temperatura homóloga, que permite a normalização 
do comportamento do metal (Figura 37). Em um metal puro, que não sofre transformação 
de fase no estado sólido, os pontos de referência em termos de temperatura são: o zero 
absoluto e o ponto de fusão. Estes pontos, traduzidos em graus Kelvin, estabelecem os 
extremos da escala homóloga de temperaturas. 
 
 
Figura 37: Representação da temperatura homóloga e das faixas de temperatura : trabalho 
a frio (TF), a morno (TM) e a quente (TQ). 
 
 Em termos de conformação mecânica, chama-se de trabalho a quente (TQ) aquele 
que é executado em temperaturas acima de 0,5Tf, trabalho a morno (TM), executado na 
faixa compreendida (grosseiramente) entre 0,3 e 0,5Tf e trabalho a frio (TF) aquele que é 
executado entre 0 e 0,3Tf . É importante compreender que a distinção básica entre TQ e TF 
é portanto, função da temperatura em que se dá a recristalização efetiva do 
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material. Assim, embora para muitas ligas comerciais a temperatura do TQ seja realmente 
elevada em relação à ambiente, para metais como Pb e Sn, que se recristalizam 
rapidamente à temperatura ambiente após grandes deformações, a conformação à 
temperatura ambiente é TQ. Por outro lado, a conformação a 1.100oC é TF para o 
tungstênio, cuja temperatura de recristalização é superior a esta, embora seja TQ para o 
aço. 
 
 
V.1 GERAÇÃO DE CALOR NA CONFORMAÇÃO MECÂNICA 
 
 Nos processos de conformação, tanto a deformação plástica quanto o atrito 
contribuem para a geração de calor. Da energia empregada na deformação plástica de um 
metal, apenas 5 a 10% ficam acumulados na rede cristalina, sob a forma de energia interna, 
sendo os restantes 90 a 95% convertidos em calor. Em algumas operações de conformação 
contínua, como extrusão e trefilação, efetuadas em altas velocidades, a temperatura pode 
aumentar de centenas de graus. Uma parte do calor gerado é dissipada, pois é transmitido 
às ferramentas ou perdido para a atmosfera, mas o restante permanece na peça, elevando-
lhe a temperatura. Em condições idealmente adiabáticas e sem atrito, o máximo acréscimo 
teórico de temperatura devido à deformação plástica é dado pela expressão (2. 7): 
Jc
W
T pmáx ..ρ=∆ (2. 7) 
Onde: 
Wp – Trabalho de deformação plástica por unidade de volume; 
ρ – Densidade do material; 
c – Calor específico do material; 
J – Equivalente mecânico do calor (4,19 Joule/cal) 
 Por exemplo, para uma deformação e = 1,0 tem-se ∆Tmáx igual a 74oC para 
alumínio, 277oC para ferro e 571oC para o titânio. Se a velocidade de um dado processo é 
alta, a perda do calor gerado será pequena e o aumento efetivo da temperatura será 
próximo do valor teórico. 
 
 
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V.2 TRABALHO À QUENTE - TQ 
 
 O trabalho a quente é a etapa inicial na conformação mecânica da maioria dos 
metais e ligas. Este trabalho não só requer menos energia para deformar o metal e 
proporciona maior habilidade para o escoamento plástico sem o surgimento de trincas 
como também ajuda a diminuir as heterogeneidades da estrutura dos lingotes fundidos 
devido as rápidas taxas de difusão presentes às temperaturas de trabalho a quente. As 
bolhas de gás e porosidades são eliminadas pelo caldeamento destas cavidades e a estrutura 
colunar dos grãos grosseiros da peça fundida é quebrada e refinada em grãos equiaxiais 
recristalizados de menor tamanho. As variações estruturais devido ao trabalho a quente 
proporcionam um aumento na ductilidade e na tenacidade, comparado ao estado fundido 
 Geralmente, a estrutura e propriedades dos metais trabalhados a quente não são tão 
uniformes ao longo da seção reta como nos metais trabalhados a frio e recozidos, já que a 
deformação é sempre maior nas camadas superficiais. O metal possuirá grãos 
recristalizados de menor tamanho nesta região. Como o interior do produto estará 
submetido a temperaturas mais elevadas por um período de tempo maior durante o 
resfriamento do que as superfícies externas, pode ocorrercrescimento de grão no interior 
de peças de grandes dimensões, que resfriam vagarosamente a partir da temperatura de 
trabalho. 
 No trabalho a quente, devido à intensa vibração térmica, que facilita muito a 
difusão de átomos e a mobilidade e aniquilamento das discordâncias, o encruamento e a 
estrutura distorcida dos grãos produzida pela deformação, são rapidamente eliminados pela 
formação de novos grãos livres de deformação, como resultado da recristalização. É 
possível conseguir grandes níveis de deformação, uma vez que os processos de 
recuperação e recristalização acompanham a deformação. Ela ocorre a uma tensão 
constante. E como a tensão de escoamento plástico decresce com o aumento da 
temperatura, conforme pode ser observado na Figura 38, a energia necessária para a 
deformação é geralmente muito menor para o trabalho a quente do que para o trabalho a 
frio ou a morno. 
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Figura 38: Variação da tensão de compressão com a deformação em função da 
temperatura para um aço de baixo carbono. 
 A maioria das operações de TQ é executada em múltiplos passes ou estágios; em 
geral, nos passes intermediários a temperatura é mantida bem acima do limite inferior do 
trabalho a quente para se tirar vantagem da redução na tensão de escoamento, embora com 
o risco de um crescimento de grão. Como, porém, deseja-se usualmente um produto com 
tamanho de grão pequeno, a temperatura dos últimos passes (temperatura de acabamento) é 
bem próxima do limite inferior e a quantidade de deformação é relativamente 
grande. Pequenos tamanhos de grãos darão origem a peças com melhor resistência e 
tenacidade. 
 
VANTAGENS E DESVANTAGENS DO TRABALHO A QUENTE 
 
 De um ponto-de-vista prático o TQ – que é o estágio inicial da conformação dos 
materiais e ligas – apresenta um certo número de vantagens, mas também de problemas, 
como listado em seguida. 
A) VANTAGENS: 
– Menor energia requerida para deformar o metal, já que a tensão de escoamento 
decresce com o aumento da temperatura; 
– Aumento da capacidade do material para escoar sem se romper (ductilidade); 
– Homogeneização química das estruturas brutas de fusão (e.g., eliminação de 
segregações) em virtude da rápida difusão atômica interna; 
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– Eliminação de bolhas e poros por caldeamento; 
– Eliminação e refino da granulação grosseira e colunar do material fundido, 
proporcionado grãos menores, recristalizados e equiaxiais; 
– Aumento da tenacidade e ductilidade do material trabalhado em relação ao bruto de 
fusão. 
 
 
B) DESVANTAGENS: 
– Necessidade de equipamentos especiais (fornos, manipuladores, etc.) e gasto de energia 
para aquecimento das peças; 
– Reações do metal com a atmosfera do forno, levando as perdas de material por 
oxidação e outros problemas relacionados (p.ex., no caso dos aços, ocorre também 
descarbonetação superficial; metais reativos como o titânio ficam severamente 
fragilizados pelo oxigênio e tem de ser trabalhados em atmosfera inerte ou protegidos 
do ar por uma barreira adequada); 
– Formação de óxidos, prejudiciais para o acabamento superficial; 
– Desgaste das ferramentas é maior e a lubrificação é difícil; 
– Necessidade de grandes tolerâncias dimensionais por causa de expansão e contração 
térmicas; 
– Estrutura e propriedades do produto resultam menos uniformes do que em caso de 
trabalho a frio seguido de recozimento, pois a deformação sempre maior nas camadas 
superficiais produz nas mesmas uma granulação recristalizada mais fina, enquanto que 
as camadas centrais, menos deformadas e sujeitas a um resfriamento mais lento, 
apresentam crescimento de grãos. 
 
 
FAIXAS DE TEMPERATURAS PERMISSÍVEIS NO TRABALHO A QUENTE 
 
 O limite inferior de temperatura para o trabalho a quente de um metal é a menor 
temperatura para a qual a taxa de recristalização é rápida o bastante para eliminar o 
encruamento quando o metal está submetido àquela temperatura. Para um dado metal ou 
liga metálica a menor temperatura de trabalho a quente dependerá de fatores tais como a 
quantidade de deformação e o tempo em que o material estará submetido a temperatura em 
questão. 
 Uma vez que quanto maior o nível de deformação menor é a temperatura de 
recristalização, o limite inferior de temperatura para o trabalho a quente diminuirá para 
grandes deformações. Um metal trabalhado com elevada velocidade de deformação e 
resfriado rapidamente irá requerer uma temperatura de trabalho a quente maior do que se 
este for deformado e resfriado vagarosamente, para a obtenção de um mesmo nível final de 
deformação. 
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 O limite superior de trabalho a quente é determinado pela temperatura em que 
ocorre o início de fusão ou o excesso de oxidação. Geralmente, a temperatura mais 
elevada de trabalho a quente é limitada bem abaixo do ponto de fusão devido a 
possibilidade de fragilização à quente, existência de compostos com menor ponto de 
fusão. Basta uma pequena quantidade de um filme de constituinte com baixo ponto de 
fusão nos contornos de grão para fazer um material desagregar-se quando deformado, 
fragilidade a quente. Geralmente emprega-se Tmax ≅ (Tf - 55)oC, ou (Tf - 100)oF para evitar 
esta possibilidade. 
 Para uma dada condição de pressão e temperatura de trabalho haverá uma 
quantidade máxima de deformação que pode ser fornecida à peça, esta limitação é baseada 
na resistência ao escoamento, e não na ductilidade, como mostrado na Figura 39. Se a 
temperatura de pré-aquecimento do tarugo inicial aumenta, a resistência diminui e a 
deformação aumenta para uma dada pressão aplicada; assim, as curvas isobáricas 
aumentam com a temperatura, que obviamente será sempre inferior à linha solidus. A 
fragilização a quente limita a temperatura de trabalho a valores inferiores á temperatura 
solidus. E visto que com taxas de deformação altas ficará retido mais calor na peça. A 
temperatura da peça deverá ser menor para evitar que ela atinja a faixa de fragilidade a 
quente. 
 
Figura 39: Diagrama esquemático dos efeitos de temperatura, pressão e taxa de 
deformação sobre a faixa de trabalho permissível na conformação a quente. 
 
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V.3 TRABALHO À MORNO - TM 
 
 Os processos de deformação a morno objetivam aliar as vantagens das 
conformações a quente e a frio. Dos processos de conformação a morno um dos mais 
difundidos e com maiores aplicações industriais é o forjamento. 
 O trabalho a morno consiste na conformação de peças numa faixa de temperaturas 
onde ocorre o processo de recuperação portanto, o grau de endurecimento por deformação 
é consideravelmente menor do que no trabalho a frio. Sendo assim, no trabalho a morno 
ocorre uma recuperação parcial da ductilidade do material e a tensão de conformação situa-
se numa faixa intermediária entre o trabalho a frio e a quente. 
 Existe alguma controvérsia sobre a faixa de temperaturas empregada na 
conformação a morno dos aços mas, certamente se torna importante entre 500 e 800° C. A 
temperatura inferior de conformação é limitada em aproximadamente 500°C devido a 
possibilidade de ocorrência da "fragilidade azul" em temperaturas mais baixas. Esta 
fragilização aumenta a tensão de escoamento e diminui a ductilidade. Ela ocorre em 
temperaturas em torno de 200 a 400°C onde, átomos intersticiais difundem-se durante a 
deformação formando atmosferas em torno das discordâncias geradas, ancorando-as. O 
nome azul refere-se a coloração do óxido formado na superfície do aço nesta faixade 
temperaturas. 
 Com relação ao trabalho a quente o processo a morno apresenta melhor acabamento 
superficial e precisão dimensional devido à diminuição da oxidação e da dilatação – 
contração do material e da matriz. Estas características permitem se ter menores ângulos 
de saída (pode-se utilizar maiores cargas para a retirada da peça das matrizes sem deformar 
o produto). 
 A maior desvantagem da conformação a morno com relação ao processo a quente é 
o aumento do limite de escoamento que ocorre com o abaixamento da temperatura de 
deformação. O aumento da carga de conformação implicará na necessidade de se 
empregar prensas mais potentes e ferramentas mais resistentes. Os tarugos para a 
conformação, por sua vez, podem requerer decapagem para remoção de carepa e utilização 
de lubrificantes durante o processo. 
 Em relação ao trabalho a frio o processo a morno apresenta redução dos esforços de 
deformação, o que permite a conformação mais fácil de peças com formas complexas, 
principalmente em materiais com alta resistência. A conformação a morno melhora ainda 
a ductilidade do material e elimina a necessidade de recozimentos intermediários que 
consomem muita energia e tempo. 
 
 
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V.4 TRABALHO À FRIO - TF 
 
 No trabalho a frio, como o encruamento não é aliviado, a tensão aumenta com a 
deformação. Assim a deformação total, que é possível de se obter sem causar fratura, é 
menor no trabalho a frio do que no trabalho a quente e a morno. Exceto quando se 
realizam tratamentos térmicos de recozimento para aliviar os efeitos do encruamento. 
 O trabalho a frio é acompanhado do encruamento (strain hardening) do metal, que 
é ocasionado pela interação das discordâncias entre si e com outras barreiras – tais como 
contornos de grão – que impedem o seu movimento através da rede cristalina. A 
deformação plástica produz também um aumento no número de discordâncias, as quais, em 
virtude de sua interação, resultam num elevado estado de tensão interna na rede 
cristalina Um metal cristalino contém em média 106 a 108 cm de discordâncias por cm3, 
enquanto que um metal severamente encruado apresenta cerca de 1012 cm de discordâncias 
por cm3. A estrutura característica do estado encruado examinada ao microscópio 
eletrônico, apresenta dentro de cada grão, regiões pobres em discordâncias, cercadas por 
um emaranhado altamente denso de discordâncias nos planos de deslizamento. 
 Tudo isto resulta macroscopicamente num aumento de resistência e dureza e num 
decréscimo da ductilidade do material, conforme pode ser observado na Figura 40. Num 
ensaio de tração, isso se traduz no aumento da tensão de escoamento, Y, e do limite de 
resistência, Sr, bem como no decréscimo do alongamento total (alongamento na fratura). 
 
Figura 40: Aumento do limite de escoamento e de resistência à tração e diminuição do 
alongamento (e redução de área na fratura)com o encruamento devidos ao trabalho a frio. 
 A Figura 40 mostra que o limite de escoamento, Y, cresce mais rapidamente e se 
aproxima do limite de resistência, Sr, enquanto que a ductilidade – expressa aqui como ef – 
cai de modo bastante brusco após uma limitada quantidade de trabalho a frio. A 
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microestrutura também muda, com os grãos se alongando na direção de maior deformação, 
podendo o material como um todo desenvolver propriedades direcionais (anisotropia). 
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VI- PRINCIPAIS PROPRIEDADES DOS MATERIAIS METÁLICOS 
 
 Os materiais metálicos utilizados na indústria apresentam várias propriedades, e a 
aplicação dos mesmos deve ser definida de acordo com o fim a que se destinam, levando 
em conta, principalmente, as suas propriedades. As propriedades industriais podem, 
segundo a sua natureza, ser divididas em 4 categorias: 
 
− Mecânicas • Resistência Mecânica: tração, compressão, flexão, torção, 
cizalhamento, etc. 
• Resiliência (Capacidade de resistir a esforços dinâmicos) 
• Elasticidade 
• Dureza 
− Tecnológicas • Fusibilidade 
• Plasticidade: Maleabilidade e Ductilidade 
• Soldabilidade 
• Temperabilidade 
• Usinabilidade 
• Tencidade (Capacidade de absorver energia até a ruptura) 
− Uso • Resistência ao Ar 
• Resistência ao Calor 
• Resistência à Ação Corrosiva 
• Resistência à Fluidez (Creep) 
− Outras • Peso Específico 
 
• Densidade 
• Condutibilidade Térmica e Elétrica 
• Dilatação 
• Grau de Polimento 
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VI.1 PROPRIEDADES MECÂNICAS 
 
 São aquelas que definem o comportamento do material segundo um determinado 
esforço a que ele pode ser submetido. As propriedades mecânicas mais importantes, 
utilizadas na indústria para a seleção de metais e ligas são as seguintes: 
– Resistência 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, cizalhamento. 
– 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 ruptura. Logo, as molas são feitas de materiais 
de elevada resiliência. A resiliência é medida pela energia de impacto 
consumida para romper um corpo de prova padrão. 
– Dureza: é a resistência oferecida pelo material à penetração, ao desgaste, ao trabalho e 
ao atrito. Pode ser medida por comparação dos materiais entre si. Na 
indústria mede-se a dureza pela penetração de uma esfera com dimensões e 
carga padronizadas (Dureza Brinell). 
– Elasticidade: propriedade apresentada pelos materiais em recuperar a forma primitiva 
tão depressa cesse o esforço que tenha provocado a deformação. 
OBS.: Histeresis mecânica – é a propriedade do material que se relaciona com a 
resistência que ele apresenta às cargas cíclicas (oscilantes ou alternadas). Para 
estudar o comportamento de um material em face à fadiga podemos realizar de 
tempos em tempos um ensaio de histeresis mecânica, e ele nos mostrará que para a 
mesma tensão a deformação residual vai crescendo. 
 
 
VI.2 PROPRIEDADES TECNOLÓGICAS 
 
 São as que conferem ao material uma maior ou menor facilidade de se deixar 
trabalhar pelos processos de fabricação usuais. 
– Fusibilidade: é a propriedade que o material possui de passar do estado sólido para o 
líquido sob ação do calor. Ela é caracterizada pela temperatura de 
fusão. 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 
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na sua estrutura e homogeneidade. Na Tabela 2,estão relacionados os 
pontos de fusão dos principais materiais metálicos 
Tabela 2: Temperaturas de fusão dos principais materiais metálicos. 
Material Metálico Ponto de Fusão 
Ferro puro 1530°C 
Alumínio 650°C 
Aços 1300 a 1500°C 
Zinco 420°C 
Gusa e fofo 1150 a 1300°C 
Chumbo 330°C 
Cobre 1080°C 
Estanho 235°C 
 
– 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