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UNIVERSIDADE CATÓLICA DOM BOSCO ESTUDO DE CASO – CONTROLE DE PRODUÇÃO FASIPE CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS Profª Anne Cerqueira 2 Conceito FASIPE CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS Imperfeições em Sólidos DISCORDÂNCIAS – DEFEITOS LINEARES É um defeito linear ou unidimensional em torno do qual alguns dos átomos estão desalinhados. - As discordâncias estão associadas com a cristalização e a deformação (origem: térmica, mecânica e supersaturação de defeitos pontuais). - A presença deste defeito é a responsável pela deformação, falha e ruptura dos materiais. Linha de discordância 3 Conceito FASIPE CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS Imperfeições em Sólidos DISCORDÂNCIAS – DEFEITOS LINEARES - Podem ser: - Cunha - Hélice - Mista VETOR DE BURGER (b) - Dá a magnitude e a direção de distorção da rede. - Corresponde à distância de deslocamento dos átomos ao redor da discordância. 4 Conceito FASIPE CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS Imperfeições em Sólidos DISCORDÂNCIAS – DEFEITOS LINEARES Envolve um SEMI- plano extra de átomos O vetor de Burger é perpendicular à direção da linha da discordância Envolve zonas de tração e compressão Discordância em Cunha 5 Conceito FASIPE CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS Imperfeições em Sólidos DISCORDÂNCIAS – DEFEITOS LINEARES Discordância em Cunha 6 Conceito FASIPE CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS Imperfeições em Sólidos DISCORDÂNCIAS – DEFEITOS LINEARES Discordância em Cunha 7 Conceito FASIPE CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS Imperfeições em Sólidos DISCORDÂNCIAS – DEFEITOS LINEARES Discordância em Cunha 8 Conceito FASIPE CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS Imperfeições em Sólidos DISCORDÂNCIAS – DEFEITOS LINEARES Discordância em Cunha 9 Conceito FASIPE CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS Imperfeições em Sólidos DISCORDÂNCIAS – DEFEITOS LINEARES Discordância em Cunha 10 Conceito FASIPE CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS Imperfeições em Sólidos DISCORDÂNCIAS – DEFEITOS LINEARES Discordância em Cunha 11 Conceito FASIPE CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS Imperfeições em Sólidos DISCORDÂNCIAS – DEFEITOS LINEARES Discordância em Cunha A linha das discordâncias em arestas se movimentam paralelamente à tensão aplicada. 12 Conceito FASIPE CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS Imperfeições em Sólidos DISCORDÂNCIAS – DEFEITOS LINEARES Discordância em Cunha 13 Conceito FASIPE CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS Imperfeições em Sólidos DISCORDÂNCIAS – DEFEITOS LINEARES Discordância em Cunha As discordâncias em arestas introduzem tensões de compressão, tração e cisalhamento. 14 Conceito FASIPE CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS Imperfeições em Sólidos DISCORDÂNCIAS – DEFEITOS LINEARES Discordância em Cunha 15 Conceito FASIPE CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS Imperfeições em Sólidos DISCORDÂNCIAS – DEFEITOS LINEARES Discordância em Hélice Produz distorção na rede O vetor de burger é paralelo à direção da linha de discordância 16 Conceito FASIPE CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS Imperfeições em Sólidos DISCORDÂNCIAS – DEFEITOS LINEARES Discordância em Hélice 17 Conceito FASIPE CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS Imperfeições em Sólidos DISCORDÂNCIAS – DEFEITOS LINEARES Discordância em Hélice DISCORDÂNCIA EM HÉLICE NA SUPERFÍCIE DE UM MONOCRISTAL DE SiC. AS LINHAS ESCURAS SÃO DEGRAUS DE ESCORREGAMENT SUPERFICIAIS. 18 Conceito FASIPE CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS Imperfeições em Sólidos DISCORDÂNCIAS – DEFEITOS LINEARES Discordância em Hélice 19 Conceito FASIPE CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS Imperfeições em Sólidos DISCORDÂNCIAS – DEFEITOS LINEARES Discordância em Hélice A linha das discordâncias helicoidais se move perpendicularmente a tensão aplicada. 20 Conceito FASIPE CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS Imperfeições em Sólidos DISCORDÂNCIAS – DEFEITOS LINEARES Discordância em Hélice 21 Conceito FASIPE CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS Imperfeições em Sólidos DISCORDÂNCIAS – DEFEITOS LINEARES Discordância Mista 22 Conceito FASIPE CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS Imperfeições em Sólidos DISCORDÂNCIAS – DEFEITOS LINEARES Discordância Mista 23 Conceito FASIPE CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS Imperfeições em Sólidos DISCORDÂNCIAS – DEFEITOS LINEARES 24 Conceito FASIPE CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS Imperfeições em Sólidos DEFEITOS PLANOS OU INTERFACIAIS Envolvem fronteiras (defeitos em duas dimensões) e normalmente separam regiões dos materiais de diferentes estruturas cristalinas ou orientações cristalográficas. Superfície externa Contorno de grão Fronteiras entre fases Maclas ou Twins Defeitos de empilhamento 25 Defeitos Planos ou Interfaciais FASIPE CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS Imperfeições em Sólidos Ocorrem em sólidos iônicos SUPERFÍCIE EXTERNA É o mais óbvio Na superfície os átomos não estão completamente ligados Então o estado energia dos átomos na superfície é maior que no interior do cristal A energia superficial é expressa em erg/cm2 ou J/m2 Os materiais tendem a minimizar está energia, reduzindo a área. 26 Defeitos Planos ou Interfaciais FASIPE CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS Imperfeições em Sólidos Ocorrem em sólidos iônicos CONTORNO DE GRÃO Corresponde à região que separa dois ou mais cristais de orientação diferente um cristal = um grão No interior de cada grão todos os átomos estão arranjados segundo um único modelo e única orientação, caracterizada pela célula unitária 27 Defeitos Planos ou Interfaciais FASIPE CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS Imperfeições em Sólidos Ocorrem em sólidos iônicos CONTORNO DE GRÃO 28 Defeitos Planos ou Interfaciais FASIPE CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS Imperfeições em Sólidos Ocorrem em sólidos iônicos CONTORNO DE GRÃO Monocristal: Material com apenas uma orientação cristalina, ou seja, que contém apenas um grão Policristal: Material com mais de uma orientação cristalina, ou seja, que contém vários grãos LINGOTE DE ALUMÍNIO 29 Defeitos Planos ou Interfaciais FASIPE CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS Imperfeições em Sólidos Ocorrem em sólidos iônicos CONTORNO DE GRÃO 30 Defeitos Planos ou Interfaciais FASIPE CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS Imperfeições em Sólidos DISCORDÂNCIA E CONTORNO DE GRÃO A PASSAGEM DE UMA DISCORDÂNCIA ATRAVÉS DO CONTORNO DE GRÃO REQUER ENERGIA O contorno de grão ancora o movimento das discordância pois constitui um obstáculo para a passagem da mesma, LOGO QUANTO MENOR O TAMANHO DE GRÃO .........A RESISTÊNCIA DO MATERIAL DISCORDÂNCIA 31 Defeitos Planos ou Interfaciais FASIPE CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS Imperfeições em Sólidos DISCORDÂNCIA E CONTORNO DE GRÃO 32 Defeitos Planos ou Interfaciais FASIPE CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS Imperfeições em Sólidos DISCORDÂNCIA E CONTORNO DE GRÃO Ocorre quando a desorientação dos cristais é pequena É formado pelo alinhamento de discordâncias - Contorno de pequeno ângulo 33 Defeitos Planos ou Interfaciais FASIPE CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS Imperfeições em Sólidos DISCORDÂNCIA E CONTORNO DE GRÃO - Contorno de pequeno ângulo 34 Defeitos Planos ou Interfaciais FASIPE CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS Imperfeições em SólidosDISCORDÂNCIA E CONTORNO DE GRÃO - Observação dos grãos e contornos de grão Por microscopia (ÓTICA OU ELETRÔNICA) utiliza ataque químico específico para cada material O contorno geralmente é mais reativo 35 Defeitos Planos ou Interfaciais FASIPE CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS Imperfeições em Sólidos DISCORDÂNCIA E CONTORNO DE GRÃO - Grãos vistos no microscópio ótico Sulcos devido a reatividade (a) (b) (c) (a) Grãos polidos e atacados quimicamente da forma como eles aparecem quando são vistos através de um microscópio ótico. (b) Seção feita através desses grãos mostrando como as características do ataque químico e a textura da superfície resultante variam de grão para grão devido a diferença na orientação cristalográfica. (c) Fotomicrografia de uma amostra de latão policristalino. Ampliação de 60X. 36 Defeitos Planos ou Interfaciais FASIPE CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS Imperfeições em Sólidos DISCORDÂNCIA E CONTORNO DE GRÃO - Grãos vistos no microscópio eletrônico (a) Seção de um contorno de grão e seu sulco de superfície, que foi produzido através do ataque químico. As características de reflexão da luz na vizinhança do sulco também estão mostradas. (b) Fotomicrografia da superfície de uma amostra de uma liga ferro-cromo policristalina, polida e atacada quimicamente, onde os contornos dos grãos aparecem escuros. Ampliação de 100X. (a) (b) 37 Defeitos Planos ou Interfaciais FASIPE CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS Imperfeições em Sólidos CONTORNO DE GRÃO - Tamanho de grão O tamanho de grão influi nas propriedades dos materiais Para a determinação do tamanho de grão utiliza-se cartas padrões ASTM ou ABNT 38 Defeitos Planos ou Interfaciais FASIPE CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS Imperfeições em Sólidos CONTORNO DE GRÃO - Determinação do tamanho de grão ASTM Tamanho de grão (de 1 a 10) Procedimento: tira-se uma foto ampliada 100 X e compara-se com o número de tamanho de grão (o que mais se assemelha). Ou seja: n: número do tamanho de grão N: número médio de grãos por polegada quadrada a uma ampliação de 100X Quanto maior o número, menor o tamanho de grão da amostra 39 Defeitos Planos ou Interfaciais FASIPE CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS Imperfeições em Sólidos CONTORNO DE GRÃO - Determinação do tamanho de grão ASTM ASTM 40 Defeitos Planos ou Interfaciais FASIPE CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS Imperfeições em Sólidos CONTORNO DE GRÃO Indice de Tamanho de Número de grãos por polegadas ao quadrado a 100 x Grão da ASTM Médias Faixa 1 1 0,75 - 1,5 2 2 1,5 - 3,0 3 4 3,0 - 6,0 4 8 6 - 12 5 16 12 - 24 6 32 24 - 48 7 64 48 - 96 8 128 96 - 192 - Determinação do tamanho de grão ASTM 41 Defeitos Planos ou Interfaciais FASIPE CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS Imperfeições em Sólidos CONTORNO DE GRÃO - Determinação do tamanho de grão ASTM 42 Defeitos Planos ou Interfaciais FASIPE CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS Imperfeições em Sólidos CONTORNO DE GRÃO - Determinação do tamanho de grão ASTM 43 Defeitos Planos ou Interfaciais FASIPE CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS Imperfeições em Sólidos CONTORNO DE GRÃO - Determinação do tamanho de grão ASTM 44 Defeitos Planos ou Interfaciais FASIPE CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS Imperfeições em Sólidos CONTORNO DE GRÃO - Determinação do tamanho de grão ASTM - Exemplo: Para um tamanho de grão ASTM número 4, aproximadamente quantos grãos devem existir por polegada quadrada em uma micrografia tirada com uma ampliação de 100X. Resolução: n=4 (número do tamanho do grão) 45 Defeitos Planos ou Interfaciais FASIPE CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS Imperfeições em Sólidos CONTORNO DE GRÃO - Determinação do tamanho de grão ASTM - Exemplo: Uma fotomicrografia foi tirada de algum metal com uma ampliação de 100x, e foi determinado que o número médio de grãos por polegada quadrada era de 10. Calcule o número ASTM do tamanho de grão para esta liga. 46 Defeitos Planos ou Interfaciais FASIPE CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS Imperfeições em Sólidos CONTORNO DE GRÃO - Determinação do tamanho de grão ASTM - Exemplo: Uma fotomicrografia foi tirada de algum metal com uma ampliação de 100x, e foi determinado que o número médio de grãos por polegada quadrada era de 10. Calcule o número ASTM do tamanho de grão para esta liga. Substituindo o valor de N, 47 Defeitos Planos ou Interfaciais FASIPE CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS Imperfeições em Sólidos CONTORNO DE GRÃO - Determinação do tamanho de grão pelo método da intersecção traçam-se segmentos de linha reta com comprimentos L calcula-se a média do número de contornos de grãos interceptados (M) divide-se o tamanho da reta (L) pela média de contornos de grãos interceptados (M). Obtém-se um valor X Divide-se esse valor X pela ampliação (A) 48 Defeitos Planos ou Interfaciais FASIPE CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS Imperfeições em Sólidos CONTORNO DE GRÃO - Determinação do tamanho de grão pelo método da intersecção - Exemplo: Usando o método da intersecção, determine o tamanho médio de grão, em milímetros, de uma amostra cuja microestrutura esta mostrada abaixo; suponha que a ampliação é de 100X e use pelo menos sete segmentos de linha reta. 49 Defeitos Planos ou Interfaciais FASIPE CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS Imperfeições em Sólidos CONTORNO DE GRÃO - Determinação do tamanho de grão pelo método da intersecção - Exemplo: Usando o método da intersecção, determine o tamanho médio de grão, em milímetros, de uma amostra cuja microestrutura esta mostrada abaixo; suponha que a ampliação é de 100X e use pelo menos sete segmentos de linha reta. Resolução: Este problema exige uma determinação do tamanho médio de grão do corpo de prova da microestrutura mostrado na figura. Sete segmentos de linha foram traçadas através da micrografia, cada um dos quais foi 60mm de comprimento. O número médio de cruzamentos de fronteira de grãos para essas linhas foi de 8,7. Portanto, X é: 50 Defeitos Planos ou Interfaciais FASIPE CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS Imperfeições em Sólidos CONTORNO DE GRÃO - Determinação do tamanho de grão pelo método da intersecção - Exemplo: Usando o método da intersecção, determine o tamanho médio de grão, em milímetros, de uma amostra cuja microestrutura esta mostrada abaixo; suponha que a ampliação é de 100X e use pelo menos sete segmentos de linha reta. Resolução: Assim, o diâmetro médio de grão, d, é: 51 Defeitos Planos ou Interfaciais FASIPE CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS Imperfeições em Sólidos CONTORNO DE GRÃO - Determinação do tamanho de grão pelo método da intersecção - Exemplo: Empregando a técnica da interseção, determine o tamanho médio do grão para a amostra de aço cuja microestrutura está mostrada na figura abaixo. Utilize pelo menos sete segmentos de linha reta. (Dado: L=60mm e M = 6,3. ) 52 Defeitos Planos ou Interfaciais FASIPE CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS Imperfeições em Sólidos CONTORNO DE GRÃO - Determinação do tamanho de grão pelo método da intersecção - Exemplo: Empregando a técnica da interseção, determine o tamanho médio do grão para a amostra de aço cuja microestrutura está mostrada na figura abaixo. Utilize pelo menos sete segmentos de linha reta. Resolução: Este problema exige uma determinação do tamanho médio de grão do corpo de prova da microestrutura mostrado na figura. Sete segmentos de linha foram traçadas através da micrografia, cada um dos quais foi 60mm de comprimento. O número médio de cruzamentos de fronteira de grãos para essas linhas foi de 6,3.Portanto, X é: 53 Defeitos Planos ou Interfaciais FASIPE CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS Imperfeições em Sólidos CONTORNO DE GRÃO - Determinação do tamanho de grão pelo método da intersecção - Exemplo: Usando o método da intersecção, determine o tamanho médio de grão, em milímetros, de uma amostra cuja microestrutura esta mostrada abaixo; suponha que a ampliação é de 100X e use pelo menos sete segmentos de linha reta. Resolução: Assim, o diâmetro médio de grão, d, é: 54 Defeitos Planos ou Interfaciais FASIPE CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS Imperfeições em Sólidos MACLAS OU TWINS (CRISTAIS GÊMEOS) É um tipo especial de contorno de grão Os átomos de um lado do contorno são imagens especulares dos átomos do outro lado do contorno A macla ocorre num plano definido e numa direção específica, dependendo da estrutura cristalina 55 Defeitos Planos ou Interfaciais FASIPE CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS Imperfeições em Sólidos MACLAS OU TWINS (CRISTAIS GÊMEOS) 56 Defeitos Planos ou Interfaciais FASIPE CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS Imperfeições em Sólidos MACLAS OU TWINS (CRISTAIS GÊMEOS) As maclas resultam de deslocamentos atômicos que são produzidos a partir de: Forças mecânicas de cisalhamento Tratamentos térmicos de recozimento realizado após deformação 57 Defeitos Planos ou Interfaciais FASIPE CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS Imperfeições em Sólidos DEFEITOS DE EMPIHAMENTO São encontrados em metais CFC - Interrupção na sequência de empilhamento ABCABC.... 58 Conceito FASIPE CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS Imperfeições em Sólidos IMPERFEIÇÕES VOLUMÉTRICAS - Inclusões Impurezas estranhas - Precipitados são aglomerados de partículas cuja composição difere da matriz - Fases forma-se devido à presença de impurezas ou elementos de liga (ocorre quando o limite de solubilidade é ultrapassado) - Porosidade origina-se devido a presença ou formação de gases 59 Imperfeições Volumétrico FASIPE CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS Imperfeições em Sólidos INCLUSÕES INCLUSÕES DE ÓXIDO DE COBRE (Cu2O) EM COBRE DE ALTA PUREZA (99,26%) LAMINADO A FRIO E RECOZIDO A 800o C. 60 Imperfeições Volumétrico FASIPE CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS Imperfeições em Sólidos INCLUSÕES SULFETOS DE MANGANÊS (MnS) EM AÇO RÁPIDO. 61 Imperfeições Volumétrico FASIPE CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS Imperfeições em Sólidos POROSIDADE As figuras abaixo apresentam a superfície de ferro puro durante o seu processamento por metalurgia do pó. Nota-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. COMPACTADO DE PÓ DE FERRO,COMPACTAÇÃO UNIAXIAL EM MATRIZ DE DUPLO EFEITO, A 550 MPa COMPACTADO DE PÓ DE FERRO APÓS SINTERIZAÇÃO A 1150oC, POR 120min EM ATMOSFERA DE HIDROGÊNIO 62 Imperfeições Volumétrico FASIPE CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS Imperfeições em Sólidos EXEMPLO DE PARTÍCULAS DE SEGUNDA FASE A MICROESTRUTURA É COMPOSTA POR VEIOS DE GRAFITA SOBRE UMA MATRIZ PERLÍTICA. CADA GRÃO DE PERLITA, POR SUA VEZ, É CONSTITUÍDO POR LAMELAS ALTERNADAS DE DUAS FASES: FERRITA (OU FERRO-A) E CEMENTITA (OU CARBONETO DE FERRO).
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