ICTM_4_-_Imperfeicoes_nos_Solidos

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U i id d F d l d Sã C lUniversidade Federal de São Carlos
Departamento de Engenharia de Materiais DEMa
Introdução àIntrodução à
Ciê i T l iCiê i T l iCiência e TecnologiaCiência e Tecnologia
de Materiaisde Materiaisde Materiaisde Materiais
P f D N l G d d Al â tProf. Dr. Nelson Guedes de Alcântara
Introdução à Introdução à 
Ciê i T l i d M t i iCiê i T l i d M t i iCiência e Tecnologia de MateriaisCiência e Tecnologia de Materiais
Imperfeições nos Sólidos
Defeitos na estrutura cristalinaDefeitos na estrutura cristalinaff
Os materiais cristalinos descritos até agora 
são todos ideais ou seja não possuem são todos ideais ou seja, não possuem 
defeitos
áNa prática, todos os materiais cristalinos 
apresentam inúmeros defeitos ou 
imperfeições que são classificados por sua imperfeições, que são classificados por sua 
geometria ou dimensionalidade
Fonte: PUC - Rio
Defeitos na estrutura cristalinaDefeitos na estrutura cristalinaDefeitos na estrutura cristalinaDefeitos na estrutura cristalina
Defeitos pontuais:
- Lacuna (vazio ou vacância)( )
- Solução sólida substitucional
- Solução sólida intersticial
Fonte: CIMM
Lacuna via MEV de tunelamentoLacuna via MEV de tunelamentoLacuna via MEV de tunelamentoLacuna via MEV de tunelamento
Fonte: Callister
Solução sólidaSolução sólidaSolução sólidaSolução sólida
A adição de átomos e formação de uma ç ç
solução sólida de uma única fase no estado 
de equilíbrio provoca endurecimento do 
i lmaterial
Quando ocorre a solução sólida, 
sempre é produzida uma liga mais resistente 
(R, dureza, fluência, dutilidade, condutividade elétrica) que o metal purocondutividade elétrica) que o metal puro
Solução sólidaSolução sólidaSolução sólidaSolução sólida
Pode ser do tipo:
b l dSubstitucional: quando ocorre uma
substituição direta de um tipo de átomo por
outro de modo que os átomos de soluto seoutro, de modo que os átomos de soluto se
localizam em posições normalmente ocupadas por
átomos de solvente
Intersticial: quando o átomo do soluto não
desloca o átomo do solvente mas ocupa um dosdesloca o átomo do solvente, mas ocupa um dos
interstícios entre os átomos do solvente
Solução sólida substitucionalSolução sólida substitucionalSolução sólida substitucionalSolução sólida substitucional
soluto
Ligas ex.:
Cu Nisoluto Cu-Ni
Ag-Pd
Ag-Au
solvente
Ag Au
Co-Ni
Au-Ptso nt
Regra de HumeRegra de Hume--RotheryRothery
Para que ocorra completa solubilidade em soluções 
Regra de HumeRegra de Hume RotheryRothery
Para que ocorra completa solubilidade em soluções 
sólidas substitucionais:
1. Fator tamanho: diferença de raio atômico
entre os componentes deve ser menor que
15%15%
2. Estrutura cristalina: o solvente e o soluto
devem ter a mesma estrutura cristalinadevem ter a mesma estrutura cristalina
3. Valência: o solvente e o soluto devem ter a
mesma valência
4. Eletronegatividade: o solvente e o soluto
devem ter eletronegatividade semelhante
Solução sólida intersticialSolução sólida intersticialSolução sólida intersticialSolução sólida intersticial
solvente
soluto
Solução sólida intersticialSolução sólida intersticialSolução sólida intersticialSolução sólida intersticial
Átomos impuros (solutos) preenchemtomos mpuros (so utos) pr nch m
vazios ou interstícios entre os átomos do
solvente:
- Normalmente o teor máximo do soluto é de
10%
- Geralmente o átomo do soluto deve ter
diâmetro menor que 0,59 do solventem m q , 9
Ligas de cobreLigas de cobreLigas de cobreLigas de cobre
 

Be
t
o
 
(
M
P
a
)
 
Sn
e
s
c
o
a
m
e
n
t
Zn
m
i
t
e
 
d
e
 
e
L
i
m
Fonte: Askeland% de elemento de liga 
Defeitos na estrutura cristalinaDefeitos na estrutura cristalinaDefeitos na estrutura cristalinaDefeitos na estrutura cristalina
Defeitos lineares:Defeitos lineares:
- Discordância aresta
- Discordância espiralDiscordância espiral
DiscordânciaDiscordânciaDiscordânciaDiscordância
Discordâncias são linhas de imperfeições de Discordâncias são linhas de imperfeições de 
uma rede perfeita e são associadas a 
defeitos linearesf
Para aumentar a resistência dos metais, 
procura-se restringir o movimento das procura se restringir o movimento das 
discordâncias
Vetor de Burgers Vetor de Burgers Vetor de Burgers Vetor de Burgers 
Cristal Perfeito
F t PUC Ri
O circuito se fecha
Fonte: PUC - Rio
Vetor de Burgers Vetor de Burgers Vetor de Burgers Vetor de Burgers 
Cristal com Cristal com Cristal com 
discordância aresta
Discordância
discordância espiral
Discordância
O circuito não se fecha. O vetor 
necessário para fechar o circuito 
é t d B b 
Vetor de Burgers, b
é o vetor de Burgers, b, que 
caracteriza a discordância
Neste caso b é perpendicular a 
â
Neste caso o b é paralelo a 
discordância
Fonte: PUC - Rio
discordância
Discordância mistaDiscordância mistaDiscordância mistaDiscordância mista
O vetor de Burgers 
mantém uma direção fixa 
no espaçono espaço
Na extremidade inferior 
esquerda, onde a 
discordância é pura discordância é pura 
hélice, b é paralelo a 
discordância
N t id d s i Na extremidade superior 
direita, onde a 
discordância é pura linha, 
b é d l b é perpendicular a 
discordância
Fonte: PUC - Rio
Defeitos na estrutura cristalinaDefeitos na estrutura cristalinaDefeitos na estrutura cristalinaDefeitos na estrutura cristalina
Defeitos planares:
- contorno de grãocontorno de grão
Fonte: CIMM / Callister
Fronteira de baixo ânguloFronteira de baixo ânguloFronteira de baixo ânguloFronteira de baixo ângulo
Fronteira em que ocorre 
apenas uma rotação em 
relação a um eixo contido relação a um eixo contido 
no plano da interface
O ângulo de rotação é 
pequeno (< 15º)
Pode ser representada por 
uma sequência de 
âdiscordâncias em linha
Fonte: PUC - Rio
Contornos de maclaContornos de maclaContornos de maclaContornos de macla
F t i d lt i t i d ã é Fronteira de alta simetria onde um grão é o 
espelho do outro
Formadas pela 
aplicação de tensão 
mecânica ou em 
Plano de 
macla
tratamentos 
térmicos de 
recozimentorecozimento
Fonte: PUC - Rio
Análise microscópicaAnálise microscópicaAnálise microscópicaAnálise microscópica
Microscopia ótica do latão (liga Cu Zn)Microscopia ótica do latão (liga Cu-Zn)
Fonte: Callister
Análise microscópicaAnálise microscópicaAnálise microscópicaAnálise microscópica
Microscopia ótica da liga Fe NiMicroscopia ótica da liga Fe-Ni
Fonte: Callister
Defeitos na estrutura cristalinaDefeitos na estrutura cristalinaDefeitos na estrutura cristalinaDefeitos na estrutura cristalina
Defeitos volumétricos:
- poros
inclusões- inclusões
- partículas de
segunda faseg
Fonte: CIMM
Dimensão da estruturaDimensão da estruturamm
Fonte: Callister
Como analisar ?Como analisar ?mm
Fonte: Callister