Materiais de Construção Mecânica - Propriedades Mecânicas PDF

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PROPRIEDADES DOS 
MATERIAIS
DISCORDÂNCIAS
O QUE SÃO DISCORDÂNCIAS???
Uma discordância é um defeito linear ou 
unidimensional ao redor de alguns átomos 
desalinhados.
� Origem: solidificação, deformação plástica, 
tensões térmicas (resfriamento rápido).
� Responsáveis pela deformação plástica de 
sólidos cristalinos (especialmente metais).
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PPGEM UFPB
DISCORDÂNCIAS
PPGEM UFPB
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◻ TIPOS DE DISCORDÂNCIAS
�Aresta;
�Espiral;
�Mista
DISCORDÂNCIA DE ARESTA
PPGEM UFPB
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• Corresponde à aresta de um semiplano
adicional de átomos.
• É representada pelo símbolo “┴”.
• Gera tensões de tração/compressão na rede.
DISCORDÂNCIA DE ARESTA
PPGEM UFPB
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⚫Quando os metais são
deformados
plasticamente cerca de
5% da energia é retida
internamente, o restante
é dissipado na forma de
calor;
⚫A maior parte desta
energia armazenada
está associada com as
tensões associadas às
discordâncias;
⚫A presença de
discordâncias promove
uma distorção da rede
cristalina de modo que
certas regiões sofrem
tensões compressivas e
DISCORDÂNCIA ESPIRAL
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◻ Os átomos formam uma trajetória helicoidal 
em torno da linha da discordância.
DISCORDÂNCIA MISTA
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◻ Apresenta características de discordâncias 
aresta e espiral.
DISCORDÂNCIAS NO 
MICROSCÓPIO ELETRÔNICO DE 
TRANSMISSÃO (MET)8
Discordâncias em uma liga de titânio 
(linhas escuras). Aumento de 51.450x
Discordâncias em espiral em um 
monocristal de SiC.
INFLUÊNCIA DAS DISCORDÂNCIAS NAS 
PROPRIEDADES MECÂNICAS DOS MATERIAIS
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■ Fornecem um mecanismo para a deformação plástica
(metais);
■ Maior Ductilidade
■ Controle das propriedades mecânicas de um metal ou
uma liga interferindo no movimento das discordâncias,
para aumentar a dureza ou a ductilidade.
■ A resistência Mecânica pode ser aumentada
restringindo-se o movimento das discordâncias.
APLICAÇÃO DA 
TENSÃO
MOVIMENTAÇÃO 
DAS 
DISCORDÂNCIAS
DEFORMAÇÃ
O PLÁSTICA
INFLUÊNCIA DAS DISCORDÂNCIAS NAS 
PROPRIEDADES MECÂNICAS DOS MATERIAIS
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◻ O movimento das discordâncias pode parar na
superfície do material, no contorno de grão ou
num precipitado.
SISTEMAS DE 
ESCORREGAMENTO
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O movimento das 
discordâncias ocorrem de 
forma preferencial
Planos de escorregamento
Direção de escorregamento
Sistemas de 
escorregamento 
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Mecanismos de aumento de 
resistência dos metais
◻ Aumento da resistência por adição de elemento de 
liga (formação de solução sólida ou precipitação de 
fases)
◻ Aumento da resistência por redução do tamanho de 
grão
◻ Aumento da resistência por encruamento
◻ Aumento da resistência por tratamento térmico 
(transformação de fase): será visto posteriormente
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INTERAÇÃO DE DISCORDÂNCIAS 
EM SOLUÇÕES SÓLIDAS
Quando um átomo de uma impureza esta presente, 
o movimento da discordância fica restringido, ou seja, 
deve-se fornecer energia adicional para que continue 
havendo escorregamento. Por isso soluções sólidas
de metais são sempre mais resistentes que seus
metais puros constituintes
CONTORNO DE GRÃO
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CONTORNO DE GRÃO
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É a superfície que separa dois cristais 
adjacentes. Essa fronteira é um defeito 
bidimensional.
CONTORNO DE GRÃO
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◻ Estado energético diferente;
◻ Presença de segregação e impurezas;
• Menor área do contorno de grão e consequentemente menor 
energia ;
•Maior ductilidade do material;
•Ocorre a baixas taxas de resfriamento.
• Grãos grandes:
• Maior área do contorno de grão e consequentemente maior energia 
interfacial ;
•Maior resistência mecânica;
•Ocorre a altas taxas de resfriamento.
• Grãos pequenos:
CONTORNO DE GRÃO
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� Ao reduzirmos o tamanho dos grãos, aumentamos a
quantidade total das áreas de contornos de grão. Dessa
forma, qualquer discordância irá se mover apenas por uma
curta distância antes de encontrar um contorno de grão e ser
bloqueada. Esse bloqueio do movimento das discordâncias
eleva a resistência do material. A equação de Hall-Pech
relaciona o tamanho dos grãos com o limite de escoamento:
CONTORNO DE GRÃO
PPGEM UFPB
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PPGEM UFPB
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ENCRUAMENTO
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ENCRUAMENTO OU ENDURECIMENTO 
PELA DEFORMAÇÃO À FRIO
◻ É o fenômeno no qual um material endurece
devido à deformação plástica (realizado pelo
trabalho à frio)
◻ Esse endurecimento dá-se devido ao aumento de
discordâncias e imperfeições promovidas pela
deformação, que impedem o escorregamento dos
planos atômicos
◻ A medida que se aumenta o encruamento maior é a
força necessária para produzir uma maior
deformação
◻ O encruamento pode ser removido por tratamento
térmico (recristalização)
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VARIAÇÃO DAS PROPRIEDADES 
MECÂNICAS EM FUNÇÃO DO 
ENCRUAMENTO
O encruamento aumenta a 
resistência mecânica
O encruamento aumenta o 
limite de escoamento
O encruamento diminui a 
ductilidade
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ENCRUAMENTO E 
MICROESTRUTURA
◻ Antes da 
deformação
◻ Depois da 
deformação
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RECRISTALIZAÇÃO
(Processo de Recozimento para 
Recristalização)
◻ Se os metais deformados plasticamente forem 
submetidos ao um aquecimento controlado, 
este aquecimento fará com que haja um 
rearranjo dos cristais deformados 
plasticamente, diminuindo a dureza dos 
mesmos
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MECANISMO QUE OCORRE NO 
AQUECIMENTO DE UM MATERIAL 
ENCRUADO
Ex: Latão
25 RECUPERAÇÃO
◻ Há um alívio das tensões internas armazenadas
durante a deformação devido ao movimento das
discordâncias resultante da difusão atômica;
◻ Nesta etapa há uma redução do número de
discordâncias e um rearranjo das mesmas;
◻ Propriedades físicas como condutividade térmica e
elétrica voltam ao seu estado original
(correspondente ao material não-deformado)
26 RECRISTALIZAÇÃO
◻ Depois da recuperação, os grãos ainda estão
tensionados;
◻ Na recristalização os grão se tornam novamente
equiaxiais (dimensões iguais em todas as direções);
◻ O número de discordâncias reduz mais ainda;
◻ As propriedades mecânicas voltam ao seu estado
original.
27 CRESCIMENTO DE GRÃO
◻ Depois da recristalização se o material 
permanecer por mais tempo em 
temperaturas elevadas o grão continuará à 
crescer
◻ Em geral, quanto maior o tamanho de grão 
mais mole é o material e menor é sua 
resistência
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TEMPERATURAS DE 
RECRISTALIZAÇÃO
◻ A temperatura de recristalização é
dependente do tempo;
◻ A temperatura de recristalização está entre 1/3
e ½ da temperatura de fusão.
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TEMPERATURAS DE 
RECRISTALIZAÇÃO
◻ Chumbo - 4°C
◻ Estanho - 4°C
◻ Zinco 10°C
◻ Alumínio de alta pureza 80°C
◻ Cobre de alta pureza 120°C
◻ Latão 60-40 475°C
◻ Níquel 370°C
◻ Ferro 450°C
◻ Tungstênio 1200°C
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DEFORMAÇÃO À QUENTE E 
DEFORMAÇÃO À FRIO
◻ Deformação à quente: quando a
deformação ou trabalho mecânico é
realizado acima da temperatura de
recristalização do material;
◻ Deformação à frio: quando a deformação
ou trabalho mecânico é realizado abaixo da
temperatura de recristalização do material.
31 DEFORMAÇÃO À QUENTE
VANTAGENS
∙ Permite o emprego de menor esforço mecânico para a mesma
deformação (necessita-se então de máquinas de menor capacidade se
comparado com o trabalho a frio).
∙ Promove o refinamento da estrutura do material, melhorando a
tenacidade
∙ Elimina porosidades
∙ Deforma profundamente devido a recristalização
DESVANTAGENS:
∙ Exige ferramental de boa resistência ao calor, o que implica em custo
∙ O material sofre maior oxidação, formando casca de óxidos
∙ Não permite a obtenção de dimensões dentro de tolerâncias estreitas
32 DEFORMAÇÃO À FRIO
∙ Aumenta a dureza e a resistência dos materiais, mas
a ductilidade diminui
∙ Permite a obtenção de dimensões dentro de
tolerâncias estreitas
∙ Produz melhor acabamento superficial
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VARIAÇÃO DAS PROPRIEDADES EM 
FUNÇÃO DO ENCRUAMENTO
PROPRIEDADES MECÂNICAS 
DOS MATERIAIS
PROPRIEDADES FÍSICAS DOS 
MATERIAIS
PROPRIEDADES FÍSICAS DOS 
MATERIAIS
PROPRIEDADES FÍSICAS DOS 
MATERIAIS
PROPRIEDADES FÍSICAS DOS 
MATERIAIS
PROPRIEDADES FÍSICAS DOS 
MATERIAIS
PROPRIEDADES FÍSICAS DOS 
MATERIAIS
PROPRIEDADES FÍSICAS DOS 
MATERIAIS
PROPRIEDADESFÍSICAS DOS 
MATERIAIS
PROPRIEDADES FÍSICAS DOS 
MATERIAIS
PROPRIEDADES FÍSICAS DOS 
MATERIAIS
PROPRIEDADES MECÂNICAS DOS 
MATERIAIS
PROPRIEDADES MECÂNICAS DOS 
MATERIAIS
PROPRIEDADES MECÂNICAS DOS 
MATERIAIS
PROPRIEDADES MECÂNICAS DOS 
MATERIAIS
PROPRIEDADES MECÂNICAS DOS 
MATERIAIS
PROPRIEDADES MECÂNICAS DOS 
MATERIAIS
PROPRIEDADES MECÂNICAS DOS 
MATERIAIS
PROPRIEDADES MECÂNICAS DOS 
MATERIAIS
PROPRIEDADES MECÂNICAS DOS 
MATERIAIS
PROPRIEDADES MECÂNICAS DOS 
MATERIAIS
PROPRIEDADES MECÂNICAS DOS 
MATERIAIS