Aula 12 - Mecanismos de aumento de resistencia

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Aula 12 – Deformação plástica e 
Mecanismos de aumento de resistência
Universidade Federal de Santa Catarina
Centro de Engenharias da Mobilidade
Prof. Gabriel Benedet Dutra
Nível de Observação
Mecanismo de aumento de resistência dos materiais
Mecanismos de aumento de resistência
Todas as técnicas de aumento de Resistencia em metais dependem de um principio 
simples: restringir ou impedir o movimento de discordâncias confere maior dureza e 
resistência de um material. 
Deformação plástica
• Inicialmente os valores de resistências teóricas medidas eram
discrepantes com relação aos obtidos experimentalmente.
1930 - Discordâncias
1950 – visualizadas por 
MEV
Desde então foi utilizada para explicar muitos dos 
fenômenos físicos e mecânicos que ocorrem nos metais
Discordâncias
A compreensão da natureza e do papel que as mesmas desempenham
nos processos de deformação plástica permitem compreender algumas
das técnicas empregadas para aumento de resistência e dureza dos
materiais metálicos e ligas.
Callister: Capítulo 8: Mecanismos de deformação e aumento da resistência
Possibilidade de adaptação das 
propriedades mecânicas dos 
materiais
Discordâncias e deformação plástica
Escorregamento: processo pelo qual uma deformação plástica é
produzida pelo movimento de uma discordância.
Plano de escorregamento
Direção de escorregamento
Uma distância 
interatômica
Discordâncias e deformação plástica
A deformação plástica macroscópica corresponde simplesmente á
deformação permanente que resulta do movimento das discordâncias,
ou do escorregamento em resposta a aplicação de uma tensão de
cisalhamento.
• 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 outras
tensões de tração.
Características das discordâncias
• Campos de deformação que se irradiam a partir da linha de
discordância. As deformações se estendem aos átomos vizinhos e sua
magnitude se reduz com a distância á discordância.
• Os campos de deformação podem interagir promovendo o surgimento
de forças sobre cada discordância.
Características das discordâncias
Discordâncias: origens
• Durante a deformação plástica o número de discordâncias aumenta
drasticamente:
Discordâncias existentes, que se multiplicam; 
contornos de grão;
irregularidades da superfície: riscos, entalhes.
Aumentam a concentração de tensões e atuam como locais para 
formação de discordâncias
Metais e ligas: discordâncias introduzidas durante o processo de
solidificação, deformação plástica ou devido a tensões térmicas por
resfriamento rápido.
Densidade de discordâncias: comprimento total de discordâncias
por unidade de volume: numero de discordâncias que intercepta uma
área aleatória.
Metais deformados: 109 a 1010 mm-2.
Cerâmicas: 102 a 104 mm-2.
Discordâncias: origens
Sistema de escorregamento
• Há um plano preferencial para o movimento das discordâncias e uma
direção neste plano para este movimento – plano e direção de
escorregamento.
• Plano de escorregamento: possui o empacotamento atômico mais
denso – maior densidade planar.
• O deslizamento ocorre em planos e direções mais compactas pois
nestes a distância de deslocamento da rede cristalina é reduzida.
• Este deslizamento pode ocorrer em diferentes direções e planos
equivalentes – família de direções e planos.
Materiais mono e policristalinos
Deformação plástica em monocristais
Deformação plástica em policristais
• No caso de materiais policristalinos a direção de escorregamento
varia de um grão para outro.
• O escorregamento vai ocorrer na direção que possui orientação mais
favorável.
• Amostra de Cu policristalino – dois sistemas
de escorregamento;
• Durante a deformação a integridade
mecânica e a coesão são mantidas ao longo
dos contornos de grão: não se abrem ou
rompem;
• Limitado pela vizinhança.
Deformação plástica em policristais
• Antes da deformação: grãos equiaxiais – mesma dimensão em todas
as direções.
• Após deformação: alongamento dos grãos na direção de deformação.
Mecanismos de aumento de resistência em metais
• Geralmente busca-se ligas com altas resistências, com alguma
ductilidade e tenacidade – normalmente sacrifica-se a ductilidade com
o aumento da resistência.
Comportamento mecânico x movimento das discordâncias
A habilidade de um metal se deformar plasticamente depende da 
habilidade de as discordâncias se moverem
Restrição ou impedimento do movimento das discordâncias 
torna o material mais duro e mais resistênte
• Como podemos barrar o movimento 
das discordâncias?
Mecanismos de aumento de resistência em metais
• Diminuir o tamanho de grão: barreira para
movimentação de discordâncias
• Solução sólida: inserir atomos de impureza, restringe a movimentação das
discordâncias
• Encruamento: aumento do numero de discordancias através da aplicação de
uma deformação plástica
Aumento da resistência pela redução do tamanho de 
grão
• O tamanho médio de um grão influe nas propriedades mecânicas.
• Durante as deformações plásticas, o escorregamento ou movimento de
discordâncias deve ocorrer através deste contorno comum.
Aumento da resistência pela redução do tamanho de 
grão
• O contorno de grão atua como uma barreira ao movimento de
discordâncias:
• A discordância terá de modificar sua direção – mais difícil quanto
maior for a diferença na orientação cristalográfica;
• A fronteira é desordenada fazendo com que os planos de
delizamentos sofram descontinuidades.
Precisa de mais energia para quebrar esta barreira!
Aumento da resistência pela redução do tamanho de 
grão
• Materiais com grãos menores apresentam-se mais duros e resistentes
que aqueles com grãos maiores – diferença na área de contornos que
impedem o movimento das discordâncias.
Aumento da resistência pela redução do tamanho de 
grão
• Relação entre o tamanho do grão e a tensão de escoamento:
equação de Hall-Petch
Constantes 
dependente do 
material
Tamanho médio do 
grão
O tamanho do grão pode ser
alterado durante o processo de
solidificação e com tratamentos
térmicos apropriados.
Mecanismos de aumento de resistência em metais
• Diminuir o tamanho de grão: barreira para movimentação de
discordâncias
• Solução sólida: inserir átomos de impureza, restringe a
movimentação das discordâncias
• Encruamento: aumento do numero de discordâncias através da aplicação de
uma deformação plástica
Aumento da resistência por solução sólida
• A introdução de impurezas seja por solução sólida intersticial ou
substitucional promove um aumento na dureza e resistência dos
metais.
• O aumento de impurezas eleva o limite de resistência a tração e de
escoamento.
Liga Cobre-Níquel
Aumento da resistência por solução sólida
• A presença de impurezas promove uma distorção na rede cristalina.
• Ocorre a interação do campo de deformação da rede cristalina entre as
discordâncias e esses átomos de impurezas – restringe o movimento
das discordâncias.
Menor tamanho: compressão Maior tamanho: tração
Mecanismos de aumento de resistência em metais
• Diminuir o tamanho de grão: barreira para movimentação de
discordâncias
• Solução sólida: inserir átomos de impureza, restringe a movimentação
das discordâncias
• Encruamento: aumento do numero de discordâncias através da
aplicação deuma deformação plástica
Aumento da resistência por encruamento
• Fenômeno no qual um metal dúctil se torna mais duro e mais resistente
quando deformado plasticamente – endurecimento por trabalho ou
trabalho a frio.
• A maioria dos metais encrua a temperatura ambiente.
• A porcentagem de trabalho a frio é dada por:
A0 – área original
Ad – área após a deformação
Aumento da resistência por encruamento
Limite de escoamento e resistência a tração do aço, latão e cobre.
Aumento da resistência por encruamento
• Como realizar este trabalho a frio?
• Existe alguma forma de recuperar a microestrutura e propriedades
iniciais dos materiais?
• Como fazer isto, o que é necessário?