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Discordâncias e Mecanismos de Aumento de Resistência 3. Refino de Grão • Um material com granulação fina (um que possui grãos pequenos) é mais duro e mais resistente do que um material que possui granulação grosseira; • Um MATERIAL COM GRÃOS MENORES POSSUI UMA MENOR ÁREA TOTAL DISPONÍVEL PARA A MOVIMENTAÇÃO DAS DISCORDÂNCIAS, dificultando o movimento das discordâncias; Carolina Realce Carolina Realce Carolina Realce 3. Refino de Grão • Contornos de grãos são regiões de desordem atômica que delimitam os grãos (regiões de alta energia) e AGEM COMO BARREIRAS AO MOVIMENTO DAS DISCORDÂNCIAS por apresentar distorções na rede; Carolina Realce 3. Refino de Grão • Cada grão (ou subgrão) é um “cristal”, e os contornos de grãos são regiões de transição entre os grãos vizinhos; • Grãos adjacentes possuem diferentes orientações cristalinas e um contorno de grão em comum; • Estas regiões de desordem podem ser consideradas em uma variedade de tipos de discordâncias; • Em um metal, o tamanho dos grãos (diâmetro dos grãos) exerce influência direta sobre suas propriedades mecânicas; 3. Refino de Grão • Contornos de grão atuam como barreiras a movimentação de discordâncias por duas razões: i. Em grãos com orientações diferentes, uma DISCORDÂNCIA que tenta atravessar de um grão A para um grão B, DEVE MUDAR SUA DIREÇÃO DE MOVIMENTO; o que é MAIS DIFÍCIL QUANTO MAIOR FOR A DIFERENÇA ENTRE ORIENTAÇÃO dos grãos; ii. A DESORDEM ATÔMICA NA REGIÃO DE UM CONTORNO de grão resulta em uma DESCONTINUIDADE NO PLANO DE ESCORREGAMENTO de um grão para outro; Carolina Realce Carolina Realce Carolina Realce Carolina Realce Carolina Realce Carolina Realce 3. Refino de Grão • As discordâncias não ultrapassam contornos de grão de alto ângulo; • Tensão no plano de escorregamento de um grão pode ativar 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, assim dificultando a movimentação de discordâncias; Carolina Realce Carolina Realce 3. Refino de Grão • Em BAIXAS TEMPERATURAS (T<0,5Tf), os contornos de grão agem como OBSTÁCULOS A MOVIMENTAÇÃO das discordâncias; Discordâncias se acumulam junto aos contornos e originam concentrações de tensões; • Em TEMPERATURAS ELEVADAS (T>0,5Tf), os contornos de grão funcionam como POSIÇÕES DE FRAQUEZA; Deslizamentos de contornos de grãos devem ocorrer, levando a um escoamento plástico permitindo a existência de lacunas ao longo dos contornos; 3. Refino de Grão • Para muitos metais, a TENSÃO DE ESCOAMENTO varia com o tamanho de grão de acordo com a Equação de Hall-Petch: • Onde a TENSÃO DE ESCOAMENTO (σy) varia de acordo com a relação envolvendo: σo que é a TENSÃO DO ATRITO que se opõe ao movimento das discordâncias; k que representa uma MEDIDA DO EMPILHAMENTO; D que representa o DIÂMETROMÉDIO DO GRÃO; 3. Refino de Grão • O COMPORTAMENTO DE HALL-PETCH não deve ser considerado uma lei universal, mas UMA APROXIMAÇÃO do comportamento presente sobre uma faixa de extensão de tamanhos de grãos; • Como a maioria das ligas de engenharia tem tamanhos de grãos em torno de 10 a 100μm, a equação de Hall-Petch é muito útil; 3. Refino de Grão - Resumo 1. Discordâncias se acumulam nos contornos de grão, podendo ser relaxadas por deslizamento local em temperaturas próximas a metade da temperatura de fusão. 2. A deformação imposta em cada grão deve ser acomodada (absorvida) pelos grãos vizinhos da estrutura deformada. 3. Em altas temperaturas, os contornos de grão funcionam como posições de fraqueza, podendo gerar difusão. 4. Materiais policristalinos geralmente tem orientações aleatórias (podem ter orientações preferenciais nos grãos). 5. Contornos de grão podem agir como fontes e locais de desaparecimento de vacâncias (geram difusão). 6. A equação de Hall-Petch nos fornece um meio de calcular a tensão de escoamento em função do atrito que se opõe ao movimento das discordâncias, da extensão do empilhamento e do diâmetro dos grãos. 4. Encruamento • É o mecanismo de endurecimento no qual um metal dúctil torna-se mais resistente e duro a medida em que é deformado plasticamente; • Muitas vezes este tipo de endurecimento é chamado endurecimento a frio “cold hardening” ou endurecimento por trabalho mecânico “work hardening”; 4. Encruamento • Encruamento -> materiais se deformam plasticamente pelo movimento das discordâncias; • As discordâncias interagem diretamente entre si e com outras imperfeições, ou, indiretamente, com campos de tensões internos de várias imperfeições e obstáculos; • A interação leva a uma redução na mobilidade das discordâncias; • A interação gera a necessidade de maiores tensões para movimentar as discordâncias, isto é, uma maior tensão é necessária para a deformação plástica ocorrer; 4. Encruamento 4. Encruamento • Laminação, extrusão/trefilação, forjamento, estampagem; • As técnicas de deformação a frio induzem o aumento na densidade de discordâncias do material, encruando-o; • Se a deformação é executada em temperaturas baixas ou moderadas, o metal encrua; • Se a temperatura é suficientemente alta, as discordâncias produzidas pelo encruamento são recozidas (trabalho a quente); 4. Encruamento • Existem várias teorias para explicar o fenômeno do encruamento; • A parte mais importante (e difícil) em se predizer o comportamento do encruamento é determinar como a deformação plástica varia com a densidade e a distribuição das discordâncias; • Densidade e distribuição das discordâncias são funções muitos sensíveis a estrutura do cristal, temperatura e taxa de deformação; 4. Encruamento • A equação de Ludwik pode ser usada para se aproximar a resposta do material policristalino sob encruamento: • K (constante entre G/10 e G/1000 sendo G o módulo de cisalhamento); • n é o coeficiente de encruamento (varia entre 0,2 e 0,5); • São tabelados e dependem do material, da temperatura e do grau de deformação; 4. Encruamento • O coeficiente de encruamento (n) é análogo à deformação no ponto de início da estricção (quanto maior “n”, maior o encruamento possível); • Quanto maior o (n), maior a deformação real que este material pode suportar antes da estricção; • Consequentemente, quanto maior o (n) maior a sua capacidade de deformação plástica sem ocorrer estricção ou mesmo a fratura; 4. Encruamento • Hollomon modificou a equação de Ludwik pela introdução de uma constante σo: • Estas equações descrevem um comportamento parabólico, pertinente apenas para regiões de alta deformação; 4. Encruamento • As aproximações feitas são importantes, mas ainda assim não nos permitem prever exatamente o comportamento tensão-deformação de um material em regime de deformação plástica pelo fato de: a)nas diferentes regiões das curvas tensão-deformação predominam processos microscópicos diferentes; b)a deformação plástica é uma propriedade física complexa e depende do percurso e não é uma função de estado, no sentido termodinâmico. 4. Encruamento • Com o encruamento, podem haver alterações em outras propriedades do material: Ex: Diminuição da condutividade elétrica; Diminuição da resistência à corrosão (reatividade-> aumentando a energia interna aumenta também a reatividade química);
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