10. Imperfeições em Sólidos pt.2

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Imperfeições em Sólidos
Defeitos Lineares – Discordâncias
• Defeito linear ou unidimensional em torno do qual alguns dos átomos
estão desalinhados;
• São defeitos onde existe uma linha separando a seção perfeita, da seção
deformada do material;
• As discordâncias estão associadas com a cristalização e a deformação
(origem: térmica, mecânica e supersaturação de defeitos pontuais)
• A presença deste defeito é a responsável pela deformação, falha e ruptura
dos materiais
• Existem dois tipos fundamentais de discordâncias:
- Discordância em linha (Edge)
- Discordância em hélice (Screw)
Vetor de Burgers (b)
• A movimentação da discordância, causa escorregamento ou
deslizamento de planos cristalinos;
• A direção do escorregamento é dada por um vetor denominado vetor
de Burgers;
• O vetor de Burgers é sempre o mesmo, independente da posição da
linha de discordância;
• Para se definir o sentido do vetor de Burgers utiliza-se o chamado
circuito de Burgers:
Vetor de Burgers (b)
Defeitos Lineares – Discordâncias
• Discordância em linha ou aresta (“Edge dislocation”) – Uma
discordância é introduzida no cristal pela adição de um “semi plano
extra” de átomos;
• Nas discordâncias em linha o vetor de Burgers é perpendicular a
discordância;
Discordância em Linha ou Aresta
Discordância em Linha ou Aresta
Defeitos Lineares – Discordâncias
• Discordância em hélice ou espiral (“Screw dislocation”) – Uma
discordância é produzida pela distorção (torção) de um cristal, de
modo que um plano atômico produza uma rampa ao redor da
discordância (caminho para a discordância);
• Nas discordâncias em hélice o vetor de Burgers é paralelo a
discordância;
Burgers vector b
Dislocation
line
b
(a)
(b)
Screw Dislocation
Discordância em Hélice ou Espiral
Discordância em Hélice ou Espiral
Discordância Mista
Observação das Discordâncias
• Diretamente -> microscopia eletrônica de transmissão (MET);
• Indiretamente -> microscopia eletrônica de varredura (MEV) e
microscopia ótica (após ataque químico seletivo);
Observação das Discordâncias
Observação das Discordâncias
Defeitos Lineares – Discordâncias
• Fornecem o mecanismo para deformação plástica em materiais
cristalinos -> processo de deslizamento;
• Proporcionam ductilidade aos metais;
• Interferência no movimento das discordâncias proporciona os
mecanismos para aumentar dureza;
Discordâncias e deformação plástica
• A deformação plástica em um cristal perfeito (isento de defeitos
cristalinos) ocorre pelo deslocamento de planos de átomos em
relação aos planos paralelos adjacentes;
• O deslocamento do plano deve ocorrer por meio do movimento
simultâneo e cooperativo de todos os átomos (do plano que está
deslizando) de uma posição atômica de equilíbrio para a posição
vizinha;
Discordâncias e deformação plástica
• Uma das maneiras de se representar o que acontece quando um
material se deforma é imaginar o deslizamento de um plano atômico
em relação a um plano adjacente;
Discordâncias e deformação plástica
• A tensão cisalhante crítica é o valor máximo, acima do qual o cristal
começa a cisalhar;
• No entanto os valores teóricos são muito maiores do que os valores
obtidos experimentalmente;
• Esta discrepância de valores só foi compreendida quando se
descobriu a existência das discordâncias;
• A discordâncias reduzem a tensão necessária para o cisalhamento, ao
introduzir um processo sequencial e não-simultâneo, para o
rompimento das ligações atômicas no plano de deslizamento;
Discordâncias e deformação plástica
Discordâncias e deformação plástica
Discordâncias e deformação plástica
Discordâncias e 
aumento das propriedades
Discordâncias e deformação plástica
• O mecanismo de deformação plástica é diferente para materiais
cristalinos e materiais amorfos;
• Nos materiais cristalinos o principal mecanismo de deformação
plástica geralmente consiste no escorregamento de planos atômicos
através da movimentação de discordâncias;
• Nos materiais amorfos consiste no escoamento viscoso.
Interações entre Discordâncias
Discordâncias e deformação plástica
• Se a deformação plástica é facilitada por meio da movimentação de
discordâncias, duas possibilidades decorrem imediatamente para
aumentar a resistência mecânica de um material:
Reduzir drasticamente a densidade de discordâncias do material, se
possível eliminando-as;
Dificultar o movimento das discordâncias.
Discordâncias e deformação plástica
• As discordâncias não se movem com a mesma facilidade em todos os
planos cristalinos e em todas as direções cristalinas;
• A movimentação das discordâncias se dá preferencialmente através
de planos específicos e, dentro desses planos, em direções
específicas;
• Essa combinação de um plano e uma direção é chamada de sistema
de escorregamento (“slip system”);
• Sistema de escorregamento -> Um plano e uma direção de
escorregamento, ambos com a maior densidade atômica em um
reticulado cristalino.
Discordâncias e deformação plástica