CTM_Aula_08

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Autor: Prof. Dr. Carlos Alberto R. Brito Júnior 
 
São Luís – MA/Brasil 
2015 
 
 
Como as deformações plásticas macroscópicas 
correspondem ao movimento de um grande número de 
discordâncias, a habilidade de um metal monofásico 
deformar plasticamente depende, basicamente, da 
movimentação de suas discordâncias. 
 
A maioria dos metais são menos resistentes ao 
cisalhamento que à tração e compressão, pode-se 
dizer que os metais se deformam pelo cisalhamento 
plástico ou pelo escorregamento de um plano 
cristalino em relação ao outro. 
 
 
Durante a deformação plástica o número de 
discordâncias aumenta drasticamente. 
 
Nos sólidos cristalinos a deformação plástica 
geralmente envolve o movimento de discordâncias, o 
escorregamento de planos atômicos, e a formação de 
maclas. 
 
 
Direção de movimentação das 
discordâncias: 
• Aresta → paralela a tensão 
 
 
O processo pelo qual uma deformação plástica é 
produzida pelo movimento de uma discordância é 
chamado de ESCORREGAMENTO 
 
 
O plano cristalográfico ao longo do qual a linha de 
discordância se movimenta é o PLANO DE 
ESCORREGAMENTO 
 
As discordâncias 
movem-se mais 
facilmente nos planos de 
maior densidade atômica 
(chamados planos de 
escorregamento). 
 
Neste caso, a energia 
necessária para mover 
uma discordância é 
mínima. 
 
Para uma estrutura cristalina específica: 
 
Planos de escorregamento → empacotamento mais 
denso (maior densidade planar) 
 
Direções deste plano de escorregamento → mais 
densamente compactada (maior densidade linear) 
 
As discordâncias se movem em resposta as tensões 
de cisalhamento aplicadas ao longo de um plano de 
escorregamento e em uma direção de 
escorregamento. 
 
(02) Calcule e compare as densidades lineares das 
direções [1 0 0], [1 1 0], [1 1 1] para estrutura 
cristalina CFC. 
[1 0 0] 
[1 1 0] 
[1 1 1] x 
y 
a 
 
(02) Calcule e compare as densidades planares dos 
planos (1 0 0) e (1 1 1) para estrutura cristalina CFC. 
(1 0 0) (1 1 1) 
ESTRUTURA CFC 
 
• Planos mais densamente compactados → família {111}; 
• Direções do tipo <110>. 
 
O número de sistemas de escorregamento 
independentes representa diferentes combinações 
possíveis de planos e direções de escorregamento. 
 
Para CFC 
 
• 4 planos {111} diferentes 
• 3 direções <110> independentes (diagonais da face) 
 
12 sistemas de escorregamento. 
 
 
Sistemas de escorregamento para metais cúbicos de faces 
centradas, cúbicos de corpo centrado e hexagonais compactos. 
 
Tensão de Tração ou Compressão 
→ componentes de cisalhamento 
em todas as direções. 
 
Estes componentes são conhecidos 
como Tensões de Cisalhamento 
Resolvidas. 
 
 
O sistema de deslizamento que 
sofrer a maior , será o primeiro 
a operar. 
 
Tensão de Cisalhamento Resolvida – 
Produz deformações plásticas. Para 
um caso de carregamento simples: 
 
Onde: 
 
 Ângulo entre a normal ao 
plano de escorregamento e a direção 
da força. 
 
 Ângulo entre a direção da 
força e a direção do escorregamento. 
Lei de Schmid 
 
Tensão de Cisalhamento Resolvida 
Crítica – tensão mínima exigida 
para iniciar o escorregamento 
As técnicas de endurecimento em metais contam 
com um princípio simples: 
- Quanto maior for a restrição ao movimento de 
discordâncias, maior será a resistência mecânica de 
um material metálico. 
 
Resistência Ductilidade 
 
1. Aumento da resistência por adição de elemento 
de liga (formação de solução sólida ou 
precipitação de fases); 
2. Aumento da resistência por redução do tamanho 
de grão; 
3. Aumento da resistência por encruamento; 
4. Aumento da resistência por tratamento térmico 
(transformação de fase). 
 
Na deformação, a discordância deve passar de um grão 
para outro; 
 
Contorno de grão atua como barreira por duas razões: 
 
• Ao passar de um grão para outro a discordância deve 
mudar sua direção de movimentação (quanto maior a 
diferença de orientação mais difícil); 
• A desordenação atômica no interior de uma região de 
contorno de grão irá resultar em uma descontinuidade 
de planos de escorregamento de um grão para dentro 
do outro. 
A direção de 
escorregamento 
varia de grão para 
grão. 
Movimento de uma 
discordância em 
cunha que encontra 
em seu caminho um 
contorno de grão. 
 
É importante mencionar que: 
 
 As discordâncias não ultrapassam contornos de 
grão de alto ângulo, mas, a tensão gerada no plano de 
escorregamento de um grão pode ativar fontes de 
novas discordâncias em outros grãos. 
 
 Materiais com grãos finos são mais resistentes que 
materiais com grãos grosseiros porque sua área de 
contornos de grão é maior e assim dificulta a 
movimentação de discordâncias. 
 
Para muitos materiais, a tensão de escoamento (σesc) 
varia com o tamanho de grão de acordo com a relação 
(Equação de Hall-Petch): 
esc= o + Ke (d)
-1/2 
 
 o e Ke são constantes para cada material 
específico; 
 d= tamanho de grão (diâmetro médio) 
Essa equação não é válida para metais 
policristalinos que possuem grãos muito 
grosseiros ou muito pequenos. 
 
Efeito do 
tamanho de 
grão sobre o 
limite de 
escoamento 
do latão. 
 
Efeito da adição de Ni no limite de resistência e ductilidade 
em ligas de Cobre-Niquel. 
 
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. 
 
Átomos de soluto ocupam lugares da rede 
cristalina de um dado metal; 
 
Estes átomos provocam distorção na rede; 
 
Para minimizar a energia do material procuram 
lugares onde se acomodam mais facilmente => junto 
a discordâncias.... 
 
Acomodação dos átomos de soluto e Interação com as 
discordâncias 
 
Os contornos entre diferentes fases (precipitado e 
matriz) em uma liga são defeitos planares e 
interferem na movimentação de discordâncias 
provocando, consequentemente, aumento de 
resistência e dureza. 
 
A ocorrência dos precipitados ou fases podem 
ocorrer de duas maneiras: 
 
Dispersão de partículas Incoerentes; 
Dispersão de partículas Coerentes. 
 
Os precipitados ou fases incoerentes não apresentam 
coerência (estrutura cristalina diferente) entre os 
reticulados cristalinos do precipitado e matriz. 
 
Os precipitados coerentes apresentam a mesma 
estrutura cristalina da matriz. As diferenças entre 
os parâmetros de reticulado da matriz e da fase são 
de, no máximo, 15%. 
 
Precipitados coerentes são mais endurecedores que 
precipitados incoerentes. 
 
Quanto menor o precipitado maior a dispersão 
destes, assim e maior o efeito de restrição ao 
movimento das discordâncias. 
 
 Encruamento = É o fenômeno no qual um material 
endurece devido à deformação plástica (realizado 
pelo trabalho à frio); 
 
É o resultado do seguinte processo: 
A densidade das discordâncias em um metal aumenta 
durante a deformação, multiplicando as discordâncias e 
adquirindo novas discordâncias. 
 
Consequentemente a distância média de separação 
entre as discordâncias diminui, aumentando a repulsão 
média entre as discordâncias. 
 
 A medida que se aumenta o encruamento maior é a 
força necessária para produzir uma maior 
deformação. 
Antes da deformação Depois da deformação 
 
Índice de 
Deformação Plástica 
 
Deformação plástica a frio 
• Alteração na forma do grão; 
• Aumento da densidade 
de discordâncias (Encruamento); 
• Maior energia interna nos cristais. 
 
Estaspropriedades e estruturas podem ser 
revertidas novamente aos seus estados anteriores 
mediante tratamento térmico apropriado 
(recozimento). 
• Recuperação e recristalização 
•Crescimento de grão 
 
Parte da energia interna de deformação armazenada é 
liberada em virtude do movimento das discordâncias 
 
• Redução do número de discordâncias; 
• Propriedades físicas (condutividade elétrica e 
térmica) são recuperadas aos seus estados que 
existiam antes do processo de trabalho a frio. 
 
Após a recuperação → grãos ainda se apresentam em 
um estado de energia de deformação relativamente 
elevado. 
 
Processo de formação de um novo conjunto de grãos 
livres de deformação e que são equiaxiais, com baixas 
densidades de discordâncias e que são característicos 
das condições que existem antes do processo de 
trabalho a frio. 
 
Novos grãos → núcleos muito pequenos que crescem 
(difusão) 
Recristalização → pode ser usada para refinar a 
estrutura do grão 
 
As propriedades mecânicas voltam ao seu estado 
original. 
 
Temperatura de recristalização → temperatura na 
qual a uma diminuição significativa da dureza 
(tipicamente entre um terço e metade da 
temperatura de fusão) e, depende de vários fatores: 
 
quantidade de trabalho a frio (Tf); 
 
 Grau de pureza do metal - A recristalização ocorre 
mais facilmente em metais puros do que em ligas. 
 
 
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 
TEMPERATURAS DE RECRISTALIZAÇÃO 
 
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. 
A influência da 
temperatura de 
recozimento 
sobre o limite 
de resistência 
a tração e a 
ductilidade de 
uma liga de 
latão. 
Micrografia do latão. (i) Estrutura do grão submetido a trabalho a frio; 
(ii) Estágio inicial de recristalização após aquecimento por 3 s a 580 °C. 
os grãos muito pequenos são aqueles que foram recristalizados. 
 
Micrografia do latão. (iii) Substituição parcial dos grãos trabalhados a 
frio por grãos recristalizados (4 s a 580 °C). (iv) Recristalização 
completa (8 s a 580 °C). 
 
Micrografia do latão. (v) Crescimento de grão após 15 min. a 580 °C. (vi) 
Crescimento de grão após 10 min. a 700 °C.