defeito na estru.cristallina

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DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA 
I / 2013 
CIÊNCIA DOS MATERIAIS 
MATERIALS SCIENCE 
Augusta Cerceau Isaac Neta, Dr.-Ing. 
 
PUC Contagem 
 Departamento de Engenharia Mecânica 
CIÊNCIA DOS MATERIAIS 
Contagem, 9 de setembro de 2013. 
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AULA DE HOJE 
• DEFEITOS DE ESTRUTURA CRISTALINA 0D 
• DEFEITOS DE ESTRUTURA CRISTALINA 1D 
• DEFEITOS DE ESTRUTURA CRISTALINA 2D 
• DEFEITOS DE ESTRUTURA CRISTALINA 3D 
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3 – IMPERFEIÇÕES EM SÓLIDOS 
DEFEITOS PONTUAIS: vacâncias, interstícios, átomos intersticiais e 
substitucionais, impurezas, soluções sólidas 
DEFEITOS LINEARES: discordância aresta, espiral ou mista 
DEFEITOS SUPERFICIAIS: superfícies livres (externas), contornos de 
grãos, maclas, falha de empilhamento, 
contornos de fases 
DEFEITOS VOLUMÉTRICOS: poros, inclusões, trincas, outras fases 
TODOS DE MUITA IMPORTÂNCIA NA 
DETERMINAÇÃO DAS PROPRIEDADES FÍSICAS DOS MATERIAIS 
DEFEITOS CRISTALOGRÁFICOS 
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3 – IMPERFEIÇÕES EM SÓLIDOS DEFEITOS CRISTALOGRÁFICOS 
VACÂNCIA 
População de vacâncias é 
função da temperatura 
DEFEITOS PONTUAIS 
SUBSTITUIÇÃO 
• Vacância (lacuna): sítio vago da rede cristalina 
 Nv aumenta exponencialmente em função da temperatura 
 Nv/N ≈ 10
-4 para temperaturas imediatamente inferior Tf 







kT
Q
NN vv exp
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3 – IMPERFEIÇÕES EM SÓLIDOS DEFEITOS CRISTALOGRÁFICOS 
ÁTOMO INTERSTICIAL 
DEFEITOS PONTUAIS 
SÍTIOS INTERSTICIAIS 
Tetraédrico 
Octaédrico 
ÁTOMO AUTO-INTERSTICIAL 
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3 – IMPERFEIÇÕES EM SÓLIDOS DEFEITOS CRISTALOGRÁFICOS 
DEFEITOS PONTUAIS 
ÁTOMOS DE IMPUREZA 
SOLUÇÕES SÓLIDAS 
REGRAS DE HUME-ROTHERY (P/ FORMAÇÃO DE SOLUÇÃO SÓLIDA): 
Fator eletroquímico (eletronegatividade): 
Fator tamanho atômico: 
Fator de valência: 
Fator de estrutura cristalina: Igual Estrutura 
Em 1 m3 de material estão presentes na 
ordem de 1022 a 1023 átomos de impureza. 
Se adicionado átomos solutos em uma matriz solvente para conseguir um 
material com características específicas: resistência mecânica, resistência a 
corrosão, etc. 
15%SOLUTO SOLVENTE
SOLVENTE
R R
R

 
0X 
# VALENCIAe
 
William Hume-rothery 
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3 – IMPERFEIÇÕES EM SÓLIDOS DEFEITOS CRISTALOGRÁFICOS 
LOCALIZAÇÃO SÍTIOS INTERSTICIAIS CFC 
Tetraédrico 
 ¼, ¼, ¼ 
8 sítios 
Octaédrico 
½, ½, ½ 
1+12/4 = 4 sítios 
½, 1, 0 
Total de sítios intersticiais = 12 
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3 – IMPERFEIÇÕES EM SÓLIDOS DEFEITOS CRISTALOGRÁFICOS 
LOCALIZAÇÃO SÍTIOS INTERSTICIAIS CCC 
Tetraédrico 
½, ¼ , 1 
24/2=12 sitios 
Octaédrico 
½, ½, 1 
6/2=3 sitios 
Octaédrico 
1, ½, 0 
12/4 = 3 sitios Total de sítios intersticiais = 18 
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3 – IMPERFEIÇÕES EM SÓLIDOS DEFEITOS CRISTALOGRÁFICOS 
TAMANHOS SÍTIOS INTERSTICIAIS 
Sítio octaédrico CFC 
{100} {200} 
 
BCC
3
a 2 - a a 2 2 3a2 2 - a 32R = = 0.274a
2 4 4

 
Sitio octaédrico CCC 
{100} 
 
FCC
a 2 1a 2 - a
R = = 0.146a
2 2 2 2


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Em uma amostra monocristalina, 
faça um ensaio de tração. 
A amostra deformada apresentará 
alguns degraus em sua superfície. 
Estes degraus ocorrem sempre ao 
longo de planos cristalinos, devido 
ao escorregamendo destes planos. 
Como é este mecanismo de 
escorregamento? 
UM EXPERIMENTO INTERESSANTE… 
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3 – IMPERFEIÇÕES EM SÓLIDOS DEFEITOS CRISTALOGRÁFICOS 
DEFEITOS LINEARES 
Micrografia TEM 
indicando a presença 
de uma certa 
densidade de 
discordâncias 
Os defeitos lineares se manifestam com 
discordâncias no interior da rede cristalina 
Discordâncias 
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3 – IMPERFEIÇÕES EM SÓLIDOS DEFEITOS LINEARES 
MOVIMENTO DE DISCORDÂNCIAS 
Algumas analogias para entender o que é uma discordância e seu efeito na deformação de um 
cristal: movimento de uma lagarta e movimento de uma dobra em um tapete. 
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3 – IMPERFEIÇÕES EM SÓLIDOS DEFEITOS LINEARES 
DISCORDÂNCIA ARESTA 
VETOR DE BURGERS 
Seu símbolo se denota como: ou de acordo com seu sinal (+ ou -) 
O vetor de Burgers é perpendicular à linha da discordância. Expressa a 
magnitude e direção da distorção da rede cristalina 
Início Fim 
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3 – IMPERFEIÇÕES EM SÓLIDOS DEFEITOS LINEARES 
CAMPO DE DEFORMAÇÕES EM TORNO DA DISCORDÂNCIA 
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3 – IMPERFEIÇÕES EM SÓLIDOS DEFEITOS LINEARES 
CAMPO DE TENSÕES EM TORNO DE UMA DISCORDÂNCIA ARESTA 
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3 – IMPERFEIÇÕES EM SÓLIDOS DEFEITOS LINEARES 
MOVIMENTAÇÃO DE UMA DISCORDÂNCIA 
Vetor de Burgers 
Sucede quando se aplica um esforço de cisalhamento t sobre o cristal de 
maneira que atue paralelamente ao plano que contem a discordância (o plano 
de escorregamento, geralmente um plano de máxima compactação) 
t 
t 
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3 – IMPERFEIÇÕES EM SÓLIDOS 
t 
PLANO DE ESCORREGAMENTO 
 (plano de máxima densidade) 
Linha da discordância 
DEFEITOS LINEARES 
MOVIMENTAÇÃO DE UMA DISCORDÂNCIA 
t 
t 
O movimento de discordâncias provoca 
deslizamentos, que resultam em deformações 
permanentes (plásticas) 
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3 – IMPERFEIÇÕES EM SÓLIDOS DEFEITOS LINEARES 
DISCORDÂNCIA ESPIRAL 
Seu símbolo se denota como: 
Segundo a regra da mão direita 
O vetor de Burgers é paralelo 
à linha da discordância 
Linha da 
discordância 
Plano de 
escorregamento 
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3 – IMPERFEIÇÕES EM SÓLIDOS DEFEITOS LINEARES 
DISCORDÂNCIA MISTA 
Discordância espiral 
Discordância aresta 
Linha da 
discordância 
Átomos abaixo do plano de 
escorregamento 
Átomos acima do plano de 
escorregamento 
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3 – IMPERFEIÇÕES EM SÓLIDOS DEFEITOS CRISTALOGRÁFICOS 
DEFEITOS LINEARES 
PROPAGAÇÃO DE UMA DISCORDÂNCIA MISTA 
Direção de propagação 
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3 – IMPERFEIÇÕES EM SÓLIDOS DEFECTOS LINEARES 
MULTIPLICAÇÃO DE DISCORDÂNCIAS – FONTE DE FRANK-READ 
Linha de 
discordância 
Aniquilação Círculo de discordâncias 
Tensão de cisalhamento 
Vetor da discordância 
Vetor de Burgers 
Direção de propagação do círculo de discordância 
http://www.youtube.com/watch?v=9UeRrZFRe5k&feature=related 
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CONCEITOS E PERGUNTAS CHAVES 
CONCEITOS 
PERGUNTAS 
• Defeitos 0D (vacâncias, átomos intersticiais, substituição) 
• Defeitos 1D: discordâncias 
Como contribuem as discordânciaspara as propriedades dos materiais? 
Como contribuem os defeitos 0D para as propriedades dos materiais? 
Como se podem multiplicar as discordâncias? 
• Solução sólida 
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CIÊNCIA DOS MATERIAIS 
CONCEITOS E PERGUNTAS CHAVES 
DEFEITOS 0D 
“Ciência e Engenharia de Materiais: Uma Introdução” (W. Callister), Capítulos 4.2-4.3 
 
DEFEITOS 1D 
“Ciência e Engenharia de Materiais: Uma Introdução” (W. Callister), Capítulos 4.4 
 
LITERATURA COMPLEMENTAR DA AULA