Ciên. Mat. Imperfeições

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INTRODUÇÃO À 
CIÊNCIA DOS MATERIAIS 
Belo Horizonte 
2016 
IMPERFEIÇÕES NOS SÓLIDOS 
INTRODUÇÃO 
 Em um sólido cristalino, temos considerado que, em uma 
escala atômica, existe uma ordem perfeita ao longo de toda a 
extensão do material. 
 
 Entretanto, tal sólido idealizado não existe: todos sólidos 
contêm um grande número de defeitos e imperfeições. 
 
 Defeito cristalino: é uma irregularidade na rede cristalina 
onde uma ou mais das suas dimensões é da ordem de um 
diâmetro atômico. 
 Determinadas características são intencionalmente alteradas 
pela introdução de quantidades controladas de defeitos. 
 
 Exemplos: 
 Processos de cementação e nitretação de aços; 
 Endurecimento de metais e ligas por encruamento 
(deformação a frio); 
 Refino do tamanho de grão. 
INTRODUÇÃO 
INTRODUÇÃO 
 A classificação das imperfeições cristalinas é feita de 
acordo com a geometria ou com a dimensionalidade do 
defeito. 
 Imperfeições que serão discutidas: 
- Defeitos pontuais; 
- Defeitos lineares (ou unidimensionais); 
- Defeitos interfaciais (ou de contornos); 
- Impurezas em sólidos. 
Lacuna Auto-intersticial 
DEFEITOS PONTUAIS – 
LACUNA E AUTO-INTERSTICIAIS 
Representações de uma lacuna e de um 
auto-intersticial. 
 Lacuna: é a falta de um 
átomo na rede em uma posição 
que deveria estar ocupada. 
 
 Auto-intersticial: é o 
átomo que foi comprimido 
para dentro de um sítio 
intersticial, um pequeno 
espaço vazio que, sob 
condições normais, não 
deveria ser ocupado. 
IMPUREZAS NOS SÓLIDOS 
 NÃO existe metal 100% puro! 
 
 Impurezas atômicas estarão sempre presentes, sendo que 
alguns existirão como defeitos de pontos cristalinos. 
 
 Os metais mais familiares não são puros, ao contrário, eles 
são ligas, onde os átomos de impurezas foram adicionados 
para conferir características específicas aos materiais. 
 
As ligas é para aumentar a resistência mecânica e à corrosão. 
 Nas ligas, os termos soluto e solvente são muito 
empregados. 
 
IMPUREZAS NOS SÓLIDOS 
 O solvente representa o 
elemento ou composto que está 
presente em maior quantidade. 
 
 O soluto é o elemento ou 
composto que está presente em 
menor concentração. 
  Raio atômico cobre = 0,128 e níquel = 0,125 
 
SOLUÇÕES SÓLIDAS 
Átomos de soluto (elementos de liga) são adicionados 
intencionalmente ao material hospedeiro (no metal) e a 
estrutura cristalina é mantida e nenhuma nova estrutura é 
formada. 
Os defeitos pontuais podem ser de dois tipos: 
substitucionais e intersticiais. 
Substitucional: Prata 925 - com 7,5% de cobre na prata. 
Intersticiais: Aços extra-doce - os átomos de C ficam 
alocados nos interstícios das células cristalinas. 
 
 
Átomo de impureza 
substitucional 
Átomo de impureza 
intersticial 
SOLUÇÕES SÓLIDAS 
 Intersticiais: são átomo 
de impurezas que 
preencherão os vazios ou 
interstícios na rede entre os 
átomos hospedeiros. 
 
 Substitucionais: os 
átomos de soluto (ou de 
impureza) substituem os 
átomos hospedeiros na rede. 
Representações de um átomo de impureza 
substitucional e de um átomo intersticial. 
IMPUREZAS 
Raio atômico: 
C = 0,071 nm; Fe: 0,124 nm 
DEFEITOS PONTUAIS 
DEFEITOS LINEARES 
 Discordância (deslocações): é um defeito linear ou 
unidimensional ao redor de alguns átomos desalinhados. 
 São introduzidos durante a solidificação do material, 
durante a deformação plástica e como consequência das 
tensões térmicas. 
 As discordâncias estão presentes em todos os materiais. 
 Podemos identificar três tipos de discordâncias: 
- Aresta 
- Espiral 
- Mista 
DEFEITOS LINEARES 
 Discordância em 
aresta (cunha): é um 
defeito linear que se 
centra ao redor da linha 
que é definida ao longo 
da extremidade do 
semiplano de átomos. 
 Átomos acima da linha são pressionados uns contra os 
outros, os abaixo são puxados um para longe do outro. 
DEFEITOS LINEARES 
 Discordância em espiral (hélice): pode ser 
pensada como sendo formada por uma tensão 
cisalhante aplicada na rede. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Linha da 
discordância 
Vetor de 
Burgers b 
(a) Uma discordância em espiral no interior de um cristal. (b) A discordância em espiral 
vista de cima. A linha de discordância se estende ao longo da linha AB. 
DEFEITOS LINEARES 
 Discordância em aresta: vetor de Burgers é perpendicular à discordância 
 Vetor de Burger: é a distância de deslocamento dos 
átomos ao redor da discordância, ou seja, dá a magnitude e 
a direção de distorção da rede. 
DISCORDÂNCIA EM ESPIRAL 
 Discordância em espiral: vetor 
de Burgers é paralelo à 
discordância. 
DEFEITOS LINEARES 
 Discordância mista: têm componentes das discordâncias 
espiral e aresta. 
 
A magnitude e direção da distorção da rede associada com a 
discordância é expressa em termos de vetor de Burgers, 
denotado por um b nas figuras anteriores. O vetor de Burgers 
não é paralelo e não é perpendicular à discordância. 
 
 As discordâncias podem ser observadas em materiais 
cristalinos usando técnicas de microscopia eletrônica. 
Microscopia eletrônica de transmissão de uma liga de titânio onde as linha escuras 
representam discordâncias. Ampliação de 51.450X. 
DEFEITOS LINEARES 
DISCORDÂNCIA E DEFORMAÇÃO MECÂNICA 
DISCORDÂNCIA E DEF. MECÂNICA 
DEFEITOS INTERFACIAIS 
 São contornos que têm duas dimensões e normalmente 
separam regiões dos materiais que têm diferentes estruturas 
cristalinas e/ou orientações cristalográficas. 
 
 Estas imperfeições incluem: 
- contornos de grão; 
- contornos de macla; 
- falhas de empilhamento; 
CONTORNOS DE GRÃO 
 É o contorno que separa dois pequenos grãos (ou cristais) 
tendo diferentes orientações cristalográficas em materiais 
policristalinos. 
Micrografia (microscópio ótico) de 
uma amostra de ferro policristalino. 
CONTORNOS DE GRÃO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Baixo-ângulo: a desorientação 
é pequena (até 10°) 
Alto ângulo: desorientação é 
superior a ~10° 
CONTORNOS DE MACLA 
 Contorno de macla: é um tipo que existe uma simetria 
específica de rede, isto é, átomos de um lado do contorno 
estão localizados em posições tais como uma imagem num 
espelho dos átomos que estão do outro lado. Produzidas por 
tensões de cisalhamento ou durante ao tratamento térmico 
(recozimento). 
Diagrama esquemático mostrando um plano ou contorno de macla e as posições atômicas 
adjacentes. 
DEFEITOS INTERFACIAIS DIVERSOS 
 Fallhas de empilhamento: são geradas durante a 
deformação plástica e encontradas em metais CFC quando 
existe uma interrupção na sequência de empilhamento 
(ex.:ABCABCAC....) de planos estreitamente 
compactados. 
Digrama esquemático da sequência de empilhamento 
ABCABCAC...