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Curso_MetalurgiaFisica_1T2014_Parte3-3

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201
Resumo
�Cronograma do Programa / Avaliações
�Bibliografia Básica
�Introdução a Metalurgia Física
�Revisão Cristalografia
�Átomos Intersticiais
�Transformações de Fase
�Precipitados
•Mecanismos de Endurecimento
•Deformação/Recuperação/Recristalização/Crescimento de Grão
•Fatores que Influenciam a Textura cristalográfica
Metalurgia Física
Programa de Pós-graduação em Engenharia Metalúrgica
202
Precipitados
• Tipos/Formas
• Nucleação
• Crescimento
• Coalescimento
• Dissolução de Precipitados
• Precipitação em Tratamentos Térmicos e Termomecânicos
• Interação dos Precipitados com Discordância
• Controle no Crescimento de Grão (Precipitação Intergranular)
Metalurgia Física
Programa de Pós-graduação em Engenharia Metalúrgica
203
Precipitados
Metalurgia Física
Programa de Pós-graduação em Engenharia Metalúrgica
Introdução
O que ocorre quando o limite de solubilidade do soluto (substitucional 
e/ou instersticial) no solvente é ultrapassado?
204
Precipitados
Metalurgia Física
Programa de Pós-graduação em Engenharia Metalúrgica
Tipo/Forma: Nucleação → Crescimento → Coalescimento
Os precipitados podem se apresentar nas principais formas:
a) Dispersos no formato de discos → esferas → agulhas
b) Fileiras
c) Fibras ∆G= -∆Gv + ∆Gs + ∆Gm
v = volume
s = superfície
m = deformação
∆G= -A1r3 + A2r2
A1 e A2 constantes
r = raio do precipitado
Considerando ∆Gm = 0
205
Precipitados
Metalurgia Física
Programa de Pós-graduação em Engenharia Metalúrgica
Dissolução de Precipitados
Solução Sólida Substitucional: (a) ordenada, (b) não-ordenada.
Solução Sólida Intersticial.
O que ocorre com um 
precipitado quando a 
concentração de soluto 
(substitucional e/ou 
instersticial) no solvente 
está abaixo do limite de 
solubilidade?
206
Precipitados
Metalurgia Física
Programa de Pós-graduação em Engenharia Metalúrgica
Precipitação em Tratamentos Térmicos
Solubilização e Envelhecimento/Precipitação
207
Precipitados
Metalurgia Física
Programa de Pós-graduação em Engenharia Metalúrgica
Precipitação em Tratamentos Térmicos
Solubilização e Envelhecimento/Precipitação
Solubilizada/
Temperada
Resfriamento
Lento
X – Solução Sólida
XA – Temperada, solução sólida saturada
XD – Recozida, precipitados no contorno de grão
AB – endurecimento por envelhecimento, início da 
precipitação (submicroscópico)
AC – superenvelhecida, precipitados aglomerados
Após um 
resfriamento lento 
os locais 
preferenciais para 
precipitação são 
os contornos de 
grão, regiões junto 
a discordâncias, 
ou seja, locais 
onde há a uma 
preferência de 
migração dos 
átomos solutos
Após um 
resfriamento rápido 
não existe locais 
preferenciais para 
precipitação, pois é 
obtida um solução 
sólida supersaturada 
onde a concentração 
de soluto é a mesma 
em qualquer região 
no interior do grão. 
Sendo assim a 
precipitação durante 
o envelhecimento 
ocorre 
aleatoriamente 
dispersa no volume 
do grão.
208
Precipitados
Metalurgia Física
Programa de Pós-graduação em Engenharia Metalúrgica
Precipitação em Tratamentos Térmicos
Solubilização e Envelhecimento/Precipitação
Microestrutura de 
equilíbrio com o 
precipitado grosseiro θ
nos contornos de grão
Fina dispersão de 
precipitados no 
interior dos grãos.
100% solução sólida 
α e após a tempera 
solução sólida α
superaturada de Cu
209
Precipitados
Metalurgia Física
Programa de Pós-graduação em Engenharia Metalúrgica
Precipitação em Tratamentos Térmicos
Solubilização e Envelhecimento/Precipitação
Dissolução dos Precipitados
Solução Supersaturada
Estabilidade de α
α Saturada + CuAl2
Solubili
-zação
Envelhecimento
210
Precipitados
Metalurgia Física
Programa de Pós-graduação em Engenharia Metalúrgica
Precipitação em Tratamentos Térmicos
Solubilização e Envelhecimento/Precipitação
Fases de Transição
211
Precipitados
Metalurgia Física
Programa de Pós-graduação em Engenharia Metalúrgica
Precipitação em Tratamentos Térmicos
Solubilização e 
Envelhecimento/Precipitação
Fases de Transição
Sequência de Precipitação
Zonas G.P. = zonas 
de Guinier-Preston
Interfaces coerentes com a 
matriz
Aproximadamente duas 
camadas de átomos
212
Precipitados
Metalurgia Física
Programa de Pós-graduação em Engenharia Metalúrgica
Precipitação em Tratamentos Térmicos
Solubilização e Envelhecimento/Precipitação
213
Precipitados
Metalurgia Física
Programa de Pós-graduação em Engenharia Metalúrgica
Precipitação em Tratamentos Térmicos
Solubilização e Envelhecimento/Precipitação
Tempo de Envelhecimento a uma dada Temperatura
R
e
s
i
s
t
ê
n
c
i
a
 
e
 
D
u
r
e
z
a
Pico do envelhecimento (condição 
otimizada em tamanho e distribuição 
de precipitados para promover 
endurecimento)
Solução Sólida 
Supersaturada
Superenvelhecimento
(coalescimento de precipitados)
Sub-envelhecida (precipitados 
pequenos e em crescimento)
214
Precipitados
Metalurgia Física
Programa de Pós-graduação em Engenharia Metalúrgica
Precipitação em Tratamentos Térmicos
Solubilização e Envelhecimento/Precipitação
215
Precipitados
Metalurgia Física
Programa de Pós-graduação em Engenharia Metalúrgica
Precipitação em Tratamentos Térmicos
Solubilização e Envelhecimento/Precipitação
Nível de tensões residuais na matriz devido a presença de precipitados 
dispersos de formatos distintos (discos → esferas → agulhas)
216
Precipitados
Metalurgia Física
Programa de Pós-graduação em Engenharia Metalúrgica
Precipitação em Tratamentos Térmicos
Solubilização e 
Envelhecimento/Precipitação
217
Precipitados
Metalurgia Física
Programa de Pós-graduação em Engenharia Metalúrgica
Precipitação em Tratamentos Térmicos
Revenido após Têmpera (Microestrutura Martensítica)
O aquecimento da martensita permite a reversão do reticulado instável
ao reticulado estável cúbico centrado, produz reajustamentos internos
que aliviam as tensões e, além disso, uma precipitação de partículas
de carbonetos que crescem e se aglomeram, de acordo com a
temperatura e o tempo.
Conforme a temperatura de revenido, verificam-se as seguintes
transformações:
- entre 25 e 100ºC, ocorre segregação ou uma redistribuição do
carbono em direção a discordâncias; essa pequena precipitação
localizada do carbono pouco afeta a dureza. O fenômeno é
predominante em aços de alto carbono;
- entre 100 e 250ºC – às vezes chamado 1º estágio do revenido –
ocorre precipitação de carboneto de ferro do tipo epsilon, de
fórmula Fe2-3C, e reticulado hexagonal; este carboneto pode estar
ausente em aços de baixo carbono e de baixo teor em liga; a dureza
Rockwell começa a cair, podendo chegar a 60;
-entre 200 e 300ºC – às vezes chamado 2º estágio do revenido – ocorre
transformação de austenita em bainita; a transformação em aços-
carbono de médio e alto teor de carbono; a dureza Rockwell continua a
cair;
Continua no próximo slide ...
218
Precipitados
Metalurgia Física
Programa de Pós-graduação em Engenharia Metalúrgica
Precipitação em Tratamentos Térmicos
Revenido após Têmpera (Microestrutura Martensítica)
Continuação ...
- entre 250 e 350ºC – às vezes chamado 3º estagio do revenido –
forma-se um carboneto metaestável, de fórmula Fe5C2; quando ocorre 
essa transformação, verifica-se em aços de alto carbono; a estrutura 
visível ao microscópio é uma massa escura, que era chamada 
“troostita”, denominação não mais utilizada; a dureza Rockwell continua 
caindo, podendo atingir valores pouco superiores a 50;
- entre 400 e 600ºC, ocorre uma recuperação da subestrutura de 
discordâncias; os aglomerados de Fe3C passam a uma formaesferoidal, ficando mantida uma estrutura de ferrita fina acicular; a 
dureza Rockwell cai para valores variando de 45 a 25 (esta estrutura 
resultante tem sido chamada de “sorbítica”);
- entre 500 e 600ºC, somente nos aços contendo Ti, Cr, Mo, V, Nb ou 
W, há precitação de carbonetos de liga; a transformação é chamada 
de “endurecimento secundário” ou 4º estágio do revenido;
- finalmente, entre 600 e 700ºC, ocorre recristalização e crescimento de 
grão; a cementita precipitada apresenta a forma nitidamente 
esferoidal, a ferrita apresenta forma aquixial; a estrutura é 
frequentemente chamada “esferoidal” e caracteriza-se por ser muito 
tenaz e de baixa dureza, variando de 5 a 20 Rockwell.
219
Precipitados
Metalurgia Física
Programa de Pós-graduação em Engenharia Metalúrgica
Precipitação em Tratamentos Termomecânicos
220
Precipitados
Metalurgia Física
Programa de Pós-graduação em Engenharia Metalúrgica
Interação dos Precipitados com Discordâncias
Em sua trajetória, uma discordância
deve passar por precipitados ou se
movimentar entres eles. Em
qualquer um dos casos, pode-se
demonstrar que deve haver um
aumento de tensão para que as
discordâncias se movimentem em
um reticulado cristalino que
contenha as partículas precipitadas.
O mecanismo da figura acima foi proposto por
Orowan, e, nesse caso, supõe-se que a
discordância se tenha curvado, formando anéis
em torno dos precipitados. Quando anéis
adjacentes se encontram, eles se cancelam da
mesma maneira que em uma fonte de Frank-
Read.
221
Precipitados
Metalurgia Física
Programa de Pós-graduação em Engenharia Metalúrgica
Controle no Crescimento de Grão (Precipitação Intergranular)
Precipitados finos no contorno de grão são mais eficientes 
no controle do crescimento de grão
222
Resumo
�Cronograma do Programa / Avaliações
�Bibliografia Básica
�Introdução a Metalurgia Física
�Revisão Cristalografia
�Átomos Intersticiais
�Transformações de Fase
�Precipitados
�Mecanismos de Endurecimento
•Deformação/Recuperação/Recristalização/Crescimento de Grão
•Fatores que Influenciam a Textura cristalográfica
Metalurgia Física
Programa de Pós-graduação em Engenharia Metalúrgica
223
Mecanismos de Endurecimento
Metalurgia Física
Programa de Pós-graduação em Engenharia Metalúrgica
Solução Sólida
Exemplo para aços: Os
elementos de liga
dissolvidos na austenita
podem atrasar tanto a
nucleação como o
crescimento da ferrita e
da perlita. Além de
poderem aumentar a
dureza da ferrita por
solução sólida ou pela
precipitação de
carbonetos, nitretos,
carbonitretos, etc
224
Mecanismos de Endurecimento
Metalurgia Física
Programa de Pós-graduação em Engenharia Metalúrgica
Solução Sólida
Correlação entre a resistência mecânica e quantidade de 
Nióbio dissolvido na austenita de um aço com 0,5%C.
225
Mecanismos de Endurecimento
Metalurgia Física
Programa de Pós-graduação em Engenharia Metalúrgica
Solução Sólida
Produto de solubilidade de carbonetos e nitretos na austenita em função da temperatura.
226
Mecanismos de Endurecimento
Metalurgia Física
Programa de Pós-graduação em Engenharia Metalúrgica
Precipitação / Envelhecimento
(a) solução sólida α. (b) Envelhecido; a precipitação de β está apenas iniciada. Como,
neste estágio, as duas estruturas são coerente, existe um campo de tensões ao redor
do precipitado. (c) superenvelhecido. Tem-se duas fases distintas e não coerentes, α e
β. Um número limitado de átomos soluto interferem ao máximo com o movimento das
discordâncias na situação (b), ou seja, precipitados menores são mais efetivos no
endurecimento por precipitação.
227
Mecanismos de Endurecimento
Metalurgia Física
Programa de Pós-graduação em Engenharia Metalúrgica
Precipitação / Envelhecimento
228
Mecanismos de Endurecimento
Metalurgia Física
Programa de Pós-graduação em Engenharia Metalúrgica
Dispersão de Segunda Fase
Hornbogen definiu a microestrutura bifásica como
uma fusão das três morfologias básicas das
microestruturas com duas fases: duplex, dispersão
e em rede. Por esse motivo, a microestrutura
bifásica reúne as características topológicas
peculiares de cada tipo de morfologia. Como
ocorre com a microestrutura duplex, na bifásica as
quantidades de grãos por volume das duas fases
são iguais; logo, as razões entre os volumes dos
grãos das duas fases, e entre suas frações em
volume, devem ser iguais. Da microestrutura em
dispersão tem se que na bifásica a segunda fase
dura deve ser totalmente isolada pela fase-matriz
macia, o que garante a ductilidade e a
conformabilidade do material. Finalmente, da
mesma forma como ocorre com a microestrutura
em rede, na bifásica a segunda fase se localiza
exclusivamente nos contornos de grão da fase-
matriz.
229
Mecanismos de Endurecimento
Metalurgia Física
Programa de Pós-graduação em Engenharia Metalúrgica
Redução do Tamanho de Grão
Titânio
2
1−
+= dkHH Ho
H = dureza
Ho = interseção da reta 
com o eixo das ordenadas
kH = coefiente angular da 
reta
d = tamanho do grão
230
Mecanismos de Endurecimento
Metalurgia Física
Programa de Pós-graduação em Engenharia Metalúrgica
Redução do Tamanho de Grão
Titânio
2
1−
+= kdoσσ
σ = tensão de deformação 
plástica
σo = interseção da reta 
com o eixo das ordenadas
k = coefiente angular da 
reta
d = tamanho do grão
231
Mecanismos de Endurecimento
Metalurgia Física
Programa de Pós-graduação em Engenharia Metalúrgica
Redução do Tamanho de Grão
Efeito do nitreto de alumínio (AlN) 
no tamanho de grão austenítico.
232
Mecanismos de Endurecimento
Metalurgia Física
Programa de Pós-graduação em Engenharia Metalúrgica
Redução do Tamanho de Grão
Efeito de microadições de Nb, V e Ti na resistência mecânica dos aços 
baixo carbono (C < 0,2%). Aços microligados são conhecidos como ARBL.
233
Mecanismos de Endurecimento
Metalurgia Física
Programa de Pós-graduação em Engenharia Metalúrgica
Encruamento
No trabalho a frio, por definição, os
mecanismos de recuperação e
recristalização não são operativos
(veremos com mais detalhes nas
próximas aulas). Neste caso, à
proporção que o metal é deformado,
ocorre o encruamento, isto é, a
resistência aumenta e a ductilidade
diminui.
O mecanismo de encruamento envolve o
aumento da densidade de discordâncias
(defeitos de linha microscópicos,
responsáveis pela deformação dos
metais), bem como a diminuição de sua
mobilidade.
234
Resumo
�Cronograma do Programa / Avaliações
�Bibliografia Básica
�Introdução a Metalurgia Física
�Revisão Cristalografia
�Átomos Intersticiais
�Transformações de Fase
�Precipitados
�Mecanismos de Endurecimento
�Deformação/Recuperação/Recristalização/Crescimento de Grão
•Fatores que Influenciam a Textura cristalográfica
Metalurgia Física
Programa de Pós-graduação em Engenharia Metalúrgica
235
Deformação
• Quando a tensão supera a de escoamento iniciam-se as rupturas das
ligações químicas e os movimentos atômicos no interior dos materiais.
• Essa deformação é permanente e não modifica o reticulado atômico já
que os movimentos são sempre de um número inteiro de parâmetros de
rede
• Como os átomos tem uma tendência a rolarem uns sobre os outros, são
os esforços de cisalhamento os responsáveis pelos movimentos
atômicos. Estes esforços de cisalhamento que são uma resultante dos
esforços externos aplicados como tentativa a deformação.
• Desta forma mesmo os esforços externos sendo de tração ou
compressão, as tensões responsáveis pela deformação plástica serão
as de cisalhamento
• No caso dessas forças, as tensões de cisalhamento responsáveis pela
deformação serão componentes desses valores externos.
Metalurgia Física
Programa de Pós-graduação em Engenharia Metalúrgica
236
Deformação• Observou-se que a força necessária na prática, para se fazer um plano
escorregar sobre outro era 20 X menor que o valor teórico calculado.
• Isso se deve a presença de um defeito em linha que todos os materiais
cristalinos possuem chamado de discordâncias
• As discordâncias são planos incompletos de átomos gerados no
momento da cristalização devido a má formação dos planos vizinhos.
Metalurgia Física
Programa de Pós-graduação em Engenharia Metalúrgica
237
Deformação
a) Um cristal perfeito;
b) Um plano extra é inserido no 
cristal (a);
c) O vetor de Burgers � equivale à 
distância necessária para fechar 
o contorno formado pelo mesmo 
número de átomos ao redor da 
discordância de aresta.
Metalurgia Física
Programa de Pós-graduação em Engenharia Metalúrgica
Defeitos em Linha – Discordâncias em Linha ou de Aresta
(a) (b) (c)
238
Deformação
a) Um cristal perfeito;
b) Um degrau gerado em 
parte do cristal devido ao 
deslizamento entre 
planos numa região do 
cristal (a);
c) O vetor de Burgers �
equivale à distância 
necessária para fechar o 
contorno formado pelo 
mesmo número de 
átomos ao redor da 
discordância em hélice.
Metalurgia Física
Programa de Pós-graduação em Engenharia Metalúrgica
Defeitos em Linha – Discordâncias em Hélice
(a) (b) (c)
239
Deformação
Metalurgia Física
Programa de Pós-graduação em Engenharia Metalúrgica
Há dois tipos de discordâncias, a em cunha (a) e a helicoidal (b) ou em espiral. 
Quando as duas aparecem juntas no material tem-se as discordâncias mistas ou 
combinadas 
240
Deformação
Metalurgia Física
Programa de Pós-graduação em Engenharia Metalúrgica
Características das discordâncias: Geram tensões de tração e compressão no 
reticulado próximo, além disso podem se repelir (a) ou se anular (b) dependendo da 
localização dessas forças.
241
Deformação
Metalurgia Física
Programa de Pós-graduação em Engenharia Metalúrgica
Sistemas de Escorregamento
•As discordâncias se movem 
preferencialmente em 
direções e planos de maior 
densidade atômica entre as 
existentes no sistema 
cristalino. 
•Ao lado tem-se o exemplo 
de um plano de 
escorregamento e suas 3 
direções possíveis dentro 
desse plano para o sistema 
C.F.C.
242
Deformação
Metalurgia Física
Programa de Pós-graduação em Engenharia Metalúrgica
Sistemas de Escorregamento
•Um dos planos de 
escorregamento e uma 
direção de escorregamento 
para o sistema C.C.C.
243
Deformação
Metalurgia Física
Programa de Pós-graduação em Engenharia Metalúrgica
Número de sistemas de escorregamento/deslizamento e sua influência na 
deformabilidade dos metais
• Os metais com estrutura C.F.C. tem 12 sistemas de alta densidade.
• Os metais C.C.C. tem 48 sistemas mas com menor densidade atômica. De 
maneira geral, esses metais deformam menos até a ruptura que os metais 
C.F.C. 
• Os metais HC possuem planos de alta densidade atômica mas em número 
apenas de 3, o que os torna materiais normalmente frágeis. 
244
Deformação
Metalurgia Física
Programa de Pós-graduação em Engenharia Metalúrgica
Escorregamento/Deslizamento em Monocristais
• O mecanismo de escorregamento e de deformação plástica,
pode ser, inicialmente, mais facilmente entendido em
monocristais podendo-se depois extrapolá-lo para policristais.
• As forças causadoras da def. plástica são de cisalhamento
mas muitas vezes as forças externas são de tração ou
compressão como já foi dito. A intensidade da força de
cisalhamento atuante sobre os planos dependerá da força
externa e dos ângulos dessa força em relação ao plano e a
direção de escorregamento.
• Quando qualquer dos ângulos forem 90º a força de
cisalhamento responsável pelo escorregamento será nula. Se
forem de 45º será máxima. A soma dos ângulos não são em
geral 90º uma vez que a força e as duas direções não
necessitam estar contidas em um mesmo plano.
245
Deformação
Metalurgia Física
Programa de Pós-graduação em Engenharia Metalúrgica
Deformação Plástica em Policristais
• O escorregamento é mais complexo devido ao grande
número de grãos com orientações diferentes.
• Cada grão possuirá planos e direções de
escorregamentos com ângulos distintos dos vizinhos,
mesmo se tratando do mesmo sistema de
escorregamento. (orientações cristalinas diferentes
em cada grão).
• Quando se supera a tensão de escoamento inicia o
movimento das discordâncias nos grãos melhores
orientados com a tensão externa aplicada em relação
ao sistema de escorregamento preferencial.Os grãos
vizinhos, não tão bem orientados, terminam
dificultando a deformação do primeiro. Além das
dificuldades das discordâncias passarem pelos
contornos de grão. Essas restrições fazem dos
materiais policristalinos, materiais mais resistentes
que os monocristais.
• A deformação generalizada causa distorções também
nos grãos indicando o sentido da deformação.
246
Deformação
Metalurgia Física
Programa de Pós-graduação em Engenharia Metalúrgica
Efeito do contorno de grão na resistência dos materiais
• Quando uma discordância encontra
um contorno de grão ela tem que
mudar de direção já que o sistema de
escorregamento também muda. Além
disso a região do contorno (de 2 a 10
Å) é conturbada onde os átomos não
tem uma organização definida.
• Assim quanto menores os tamanhos
de grão mais contornos estarão no
caminho das discordâncias
necessitando de mais força de
cisalhamento sobre os planos para
realizar a deformação plástica. O
material fica mais resistente.
247
Deformação
Metalurgia Física
Programa de Pós-graduação em Engenharia Metalúrgica
Deformação por Maclação
maclas em peça de bronze
• Maclas podem ser causadas por deformações do material, por tensões
térmicas ou mecânicas;
• Maclas de deformação ocorrem em metais que possuam estruturas cristalinas
C.C.C. ou HCp a baixas temperaturas e a taxas elevadas de carregamento
(cargas de impacto), quando existem poucos sistemas de escorregamento
operacionais. A formação da macla pode gerar novos sistemas operacionais.
248
Deformação
Metalurgia Física
Programa de Pós-graduação em Engenharia Metalúrgica
Deformação por Maclação
Ligas com memória de forma:
• Esse defeito é observado em materiais com memória de forma, que podem
recuperar sua forma original quando expostos a uma fonte de calor;
• As maclas desaparecem quando estes materiais são deformados e ressurgem
quando são aquecidos a altas temperaturas, recuperando sua forma original.
•Correspondem a um percentual pequeno da deformação total.
249
Deformação
Metalurgia Física
Programa de Pós-graduação em Engenharia Metalúrgica
Encruamento
Quando se deforma um metal em
baixas temperaturas (trabalho a
frio) ele se torna mais duro e mais
resistente ao mesmo tempo em
que se torna menos dútil ou mais
frágil.
%Tf= (Ao – Af / Ao) x 100
O encruamento é explicado pela
interação dos campos de
deformação das discordâncias,
que são aumentadas pela
deformação, exigindo cada vez
mais força para prosseguir a
deformação.
250
Deformação
Metalurgia Física
Programa de Pós-graduação em Engenharia Metalúrgica
Encruamento
251
Deformação
Metalurgia Física
Programa de Pós-graduação em Engenharia Metalúrgica
Tipos de Conformação Mecânica
Deformação a frio: Ocorre em temperatura abaixo da temperatura de recuperação/recristalização do
metal ou da liga. Nesse tipo de conformação há mudanças das propriedades (encruamento). A precisão
dimensional é melhor e o acabamento superficial também.
Exemplos: Laminação, trefilação, estampagem
Deformação a morno: Ocorre a temperatura superior a de recuperação evitando uma parte das tensões
residuais geradas pelo processo. No entanto há encruamento.
Obs.: No caso de aços normalmente se atribuiu a laminação a morno quandoé praticado no campo
ferrítico.
Deformação a quente: Ocorre a temperaturas superiores a temperatura de recristalização. Não há
encruamento (o material recristaliza – de forma dinâmica ou estática) o que permite grandes
deformações e com menores esforços.
Exemplos: Laminação, forjamento, extrusão.
Obs.: No caso de aços normalmente se atribui a laminação a quente quando é praticado no campo
austenítico, porém neste campo existe uma faixa de temperatura muito próxima a A3 que o material não
exibem recristalização (temperatura de não recristalização – Tnr). Acima desta faixa de temperatura o
material exibirá a recristalização.
Nota.: Em aços existe também a deformação a quente no campo intercrítico – no campo de estabilidade
da ferrita e austenita (entre A3 e A1).
252
Deformação
Vários processos de conformação mecânica que envolvem deformação plástica
Metalurgia Física
Programa de Pós-graduação em Engenharia Metalúrgica
Dobramento
Forjamento
Laminação
Trefilação
Embutimento
ProfundoEstiramento
Matriz
Cisalhamento
τ
ExtrusãoExtrusão
253
Deformação
Cálculo da Tensão de Escoamento para a Deformação de Monocristais 
Metalurgia Física
Programa de Pós-graduação em Engenharia Metalúrgica
Considere um monocristal de Fe ccc orientado
com a tensão de aplicação do esforço externo ao
longo da direção [010].
(a) Calcule a tensão cisalhante resolvida (τcrss) ao
longo do plano (110) e na direção [-111]
quando uma tensão externa de tração (σ) de
52 Mpa (7500 psi) é aplicada.
(b) Se o deslizamento ocorre no plano (110) e na
direção [-111], e a tensão cisalhante critica
resolvida (τcrss) é de 30 Mpa (4350) psi, calcule
a magnitude da tensão externa de tração (σ) a
ser aplicada para iniciar o escoamento (σy).
254
Deformação
Cálculo da Tensão de Escoamento para a Deformação de Monocristais 
Metalurgia Física
Programa de Pós-graduação em Engenharia Metalúrgica
(a) Uma célula unitária ccc com a direção e o plano de deslizamento
bem como a direção de aplicação da tensão são apresentados no
diagrama (1). Como indicado, φφφφ, o ângulo entre a normal do plano
(110) e a direção [010] é de 45o. A partir do triângulo ABC no
diagrama (2), λλλλ, o ângulo entre as direções [-111] e [010] é igual a
tg(a(2)1/2/a) = 54,7o, sendo a o parâmetro de rede. Dessa forma:
)3060(3.21)7,54)(cos45)(cos52(coscos psiMPaMPa ooR === λφστ
(1)
(2)
(b) A tensão de escoamento, σy, por se calculada por uma das
equações dadas anteriormente, tendo em conta os mesmo valores
de φ e λ do item (a)
)10600(4,73)7,54)(cos45(cos
30
))(cos(cos psiMPa
MPa
oo
R
y === λφ
τ
σ
255
Deformação/Recuperação/Recristalização/Crescimento de Grão
Metalurgia Física
Programa de Pós-graduação em Engenharia Metalúrgica
Influência da Temperatura nos Processo de Deformação Plástica
Acresce o fato de que durante a deformação plástica dos
materiais metálicos cerca de 90-95% do trabalho ideal de
deformação, ser convertido em calor, sendo a parcela restante
armazenada sob a forma de discordâncias e defeitos na
microestrutura. Em condições adiabáticas, isto é, na ausência
de perdas de calor para as ferramentas, lubrificante e
ambiente, pode calcular-se o aumento de temperatura
associado à deformação plástica através de,
É habitual estabelecer três regimes de trabalho para os
processo de deformação plástica em função da temperatura a
que os mesmos se processam.
256
Deformação
Efeito da Temperatura
Metalurgia Física
Programa de Pós-graduação em Engenharia Metalúrgica
• Trabalho a quente / a morno:
– Aquecimento
– Temperatura
– Sequência de Deformação
– Resfriamento
• Trabalho a Frio
257
Deformação
Efeito da Temperatura – “Trabalho a Quente / a Morno”
Metalurgia Física
Programa de Pós-graduação em Engenharia Metalúrgica
efeito da deformação sobre 
os vazios existentes no 
material
BC – aço baixo carbono (low carbon steel)
IF – aço livre de intersticiais (intersticial free steel)
258
Deformação
Efeito da Temperatura – “Trabalho a Quente”
Metalurgia Física
Programa de Pós-graduação em Engenharia Metalúrgica
Recristalização dinâmica
austenita
austenita
Ferrita 
e/ou perlita
259
Deformação
Efeito da Temperatura – “Trabalho a Quente”
Metalurgia Física
Programa de Pós-graduação em Engenharia Metalúrgica
Aço convencional – Forjamento a quente
260
Deformação
Efeito da Temperatura – “Trabalho a Frio”
Metalurgia Física
Programa de Pós-graduação em Engenharia Metalúrgica
Metais deformados a frio
261
Deformação
Inclusões Não-Metálicas
Metalurgia Física
Programa de Pós-graduação em Engenharia Metalúrgica
Provenientes do Processo de Elaboração da 
Liga Métalica no Estado Líquido, ou no 
Estado Sólido por processo de oxidação
262
Deformação
Inclusões Não-Metálicas e Anisotropia
Metalurgia Física
Programa de Pós-graduação em Engenharia Metalúrgica
263
Deformação
Inclusões Não-Metálicas e Anisotropia
Metalurgia Física
Programa de Pós-graduação em Engenharia Metalúrgica
Aço estrutural
264
Deformação/Recuperação/Recristalização/Crescimento de Grão
Metalurgia Física
Programa de Pós-graduação em Engenharia Metalúrgica
Alguns fatores 
microestruturais podem 
retardar os processos de 
recuperação, 
recristalização, 
crescimento de grão 
associadas a solução 
sólida, presença de 
precipitados e natureza da 
fase presente.
265
Deformação
Características Estruturais da Deformação
Metalurgia Física
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Energia de Defeito 
de Empilhamento 
(EDE)
Baixa Alta
Heterogeneidades 
na deformação
Bandas de 
Cisalhamento
Maclas de 
Deformação
(HC e CCC)Bandas de 
Deformação
266
Recuperação
Metalurgia Física
Programa de Pós-graduação em Engenharia Metalúrgica
(a) Arranjo de discordâncias ao acaso 
em monocristal deformado por 
flexão.
(b) Rearranjo de discordâncias 
originando os subcontornos após 
recozimento.
(a) Emarranhados de discordâncias
(b) Formação de células, 
(c) Aniquilação de discordâncias nas 
paredes das células,
(d) Formação de Sub-grãos.
267
Recristalização
Metalurgia Física
Programa de Pós-graduação em Engenharia Metalúrgica
Leis da Recristalização:
1) Para que a recristalização ocorra, é necessária uma deformação mínima;
2) Quanto menor o grau de deformação, mais alta é a temperatura para início da
recristalização;
3) Quanto mais longo o tempo de recozimento, menor é a temperatura necessária para
a recristalização;
4) O tamanho de grão final depende (fortemente) do grau de deformação e (fracamente)
da temperatura de recozimento. Quanto maior o grau de deformação e/ou menor a
temperatura de recozimento, menor será o tamanho de grão final;
5) Quanto maior o tamanho de grão original, maior é o grau de deformação necessário
para que a recristalização se complete no mesmo tempo e temperatura de
recozimento;
6) O grau de redução necessário para se obter um mesmo endurecimento por
deformação (encruamento) aumenta com o aumento da temperatura de deformação.
Para um dado grau de redução, quanto maior a temperatura de deformação, maior é
a temperatura de recristalização e maior é o tamanho de grão final;
7) O aquecimento continuado após o término da recristalização causa crescimento de
grão.
268
Crescimento de Grão
Metalurgia Física
Programa de Pós-graduação em Engenharia Metalúrgica
Movimento do contorno de grão. Os 
átomos se movem para a superfície 
concava, onde são mais estáveis. 
Como consequência, o contorno se 
movimenta em direção ao centro de 
curvatura. Daí resulta o 
desaparecimento eventual de grãos 
pequenos.
269
Recristalização Durante a Deformação
Metalurgia Física
Programa de Pós-graduação em Engenharia MetalúrgicaMecanismos de restauração
(recuperação e recristalização) 
possíveis durante a deformação
a quente. 
(a) durante a laminação (baixas
de deformações) para
metais de alta Energia de 
Defeito de Empilhamento
(EDE). 
(b) durante a laminação de 
metais de baixa EDE. 
(c) durante a extrusão (altas
deformações) para metais
de alta EDE. 
(d) durante a extrusão para
metais de baixa EDE.
270
Recristalização Durante a Deformação
Metalurgia Física
Programa de Pós-graduação em Engenharia Metalúrgica
Representação esquemática da 
evolução da recristalização 
metadinâmica durante a 
laminação a quente. Os grãos 
são representados na figura em 
escala macroscópica.
271
Laminação a Quente Controlada
Metalurgia Física
Programa de Pós-graduação em Engenharia Metalúrgica
Laminação controlada por recristalização. 
(Tnr = temperatura de não recristalização)
272
Laminação a Quente Controlada
Metalurgia Física
Programa de Pós-graduação em Engenharia Metalúrgica
Laminação controlada convencional. 
(Tnr = temperatura de não recristalização)
273
Laminação a Quente Controlada
Metalurgia Física
Programa de Pós-graduação em Engenharia Metalúrgica
Laminação controlada por recristalização dinâmica. (Tnr = 
temperatura de não recristalização, RD = recristalização 
dinâmica; RMD = recristalização metadinâmica)
274
Laminação a Quente Controlada
Metalurgia Física
Programa de Pós-graduação em Engenharia Metalúrgica
A evolução da TME (tensão média de escoamento) em função do inverso da temperatura 
absoluta. Representação esquemática de um processo de conformação a quente com 5 
passes. Cada declive é associado a um fenômeno metalúrgico como recristalização estática 
(RE); acumulo de deformação e recristalização dinâmica (RD) + metadinâmica (RMD)
275
Resumo
�Cronograma do Programa / Avaliações
�Bibliografia Básica
�Introdução a Metalurgia Física
�Revisão Cristalografia
�Átomos Intersticiais
�Transformações de Fase
�Precipitados
�Mecanismos de Endurecimento
�Deformação/Recuperação/Recristalização/Crescimento de Grão
�Fatores que Influenciam a Textura cristalográfica
Metalurgia Física
Programa de Pós-graduação em Engenharia Metalúrgica
276
Fatores que Influenciam a Textura Cristalográfica
Metalurgia Física
Programa de Pós-graduação em Engenharia Metalúrgica
O que é Textura Cristalográfica?
Os materiais policristalinos são constituídos de pequenos cristais, 
denominados grãos, os quais são separados uns dos outros por 
fronteiras denominadas limites ou contornos de grão. As 
propriedades de um material policristalino dependem da forma, 
tamanho e da orientação dos grãos. Cada grão em um material 
policristalino tem uma orientação cristalográfica diferente da dos seus 
vizinhos, ou seja, os planos e as direções cristalográficas têm 
orientação espacial diferente de grão para grão. As diferenças de 
orientação são habitualmente da ordem de dezenas de graus. 
277
Fatores que Influenciam a Textura Cristalográfica
Metalurgia Física
Programa de Pós-graduação em Engenharia Metalúrgica
O que é Textura Cristalográfica?
Consideradas de modo global, 
algumas direções e/ou os planos 
cristalográficos de todos os grãos 
podem estar orientadas, em maior 
ou menor escala, em redor de 
alguma ou de algumas orientações 
particulares do referencial da 
amostra. Nesta última condição, o 
material policristalino apresenta 
orientação preferencial ou textura 
cristalográfica. É importante 
salientar que a textura não se refere 
à forma dos grãos, mas sim à forma 
como a rede cristalina desses grãos 
está arranjada espacialmente.
Chapa com orientação dos cristais ao acaso 
(sem textura ou textura aleatória)
278
Fatores que Influenciam a Textura Cristalográfica
Metalurgia Física
Programa de Pós-graduação em Engenharia Metalúrgica
O que é Textura Cristalográfica?
O tipo de textura desenvolvida em um material dependerá de vários
fatores, tais como: composição química, estrutura cristalina e
parâmetros de processamento (deformação, taxa de deformação,
temperatura e outros). A orientação preferencial é introduzida pelo
processo de fabricação, recebendo a textura um nome especial em
função de tal processo, como: (i) no caso do processo de
solidificação – textura bruta de fusão; (ii) no caso de processos de
deformação plástica – textura de deformação; (iii) no caso de
processos de recristalização – texturas de recristalização; entre
outras.
279
Fatores que Influenciam a Textura Cristalográfica
Metalurgia Física
Programa de Pós-graduação em Engenharia Metalúrgica
O que é Textura Cristalográfica?
A textura pode conduzir a características anisótropicas nas propriedades 
físicas, químicas e mecânicas. Alguns exemplos importantes são o módulo 
de elasticidade, o coeficiente de Poisson, a resistência à 
tração/compressão, a ductilidade, a tenacidade, a permeabilidade magnética 
e a energia de magnetização. Para algumas aplicações, esta anisotropia é 
uma vantagem (p.ex. aços ao silício para aplicações eléctricas que possuem 
uma forte textura <100> com o objectivo de diminuição de perdas 
magnéticas). Em outras aplicações, a anisotropia é extremamente 
prejudicial (p.ex. metais para estampagem onde a anisotropia planar pode 
causar o efeito de formação de “orelhas”). Nas ligas com Efeito de Memória 
de Forma (EMF) e Superelásticas (SE), a anisotropia pode ser um fator 
interessante nas suas propriedades físicas e mecânicas de um dado 
componente/atuador durante a transformação de fase.
280
Fatores que Influenciam a Textura Cristalográfica
Metalurgia Física
Programa de Pós-graduação em Engenharia Metalúrgica
O que é Textura Cristalográfica?
A textura cristalográfica é constituída de componente de
texturas associadas às orientações cristalográficas de um dado
volume de material texturado. Uma componente de textura pode
ser uma textura de fibra ou textura de chapa, dependendo do
processo de fabricação.
Uma textura de fibra é oriunda de qualquer material deformado
por um sistema de forças com simetria rotacional sobre um eixo,
por exemplo, um arame ou uma barra por processo de trefilação
ou extrusão. Na textura de fibra, um elevado número de grãos
tem uma dada orientação cristalográfica <uvw>
preferencialmente orientada segundo a direção longitudinal da
fibra ou arame. De forma mais genérica, a textura de fibra pode
ser definida como estando associada à prevalência de uma
dada direção cristalográfica segundo uma determinada direção
do referencial da amostra, enquanto segundo um plano
perpendicular há aleatoriedade de distribuição das restantes
direções cristalográficas.
281
Fatores que Influenciam a Textura Cristalográfica
Metalurgia Física
Programa de Pós-graduação em Engenharia Metalúrgica
O que é Textura Cristalográfica?
A simbologia utilizada para representar 
uma componente de textura de chapa é 
através da indicação da família de planos 
cristalográficos {hkl} paralelos ao plano da 
chapa e da família de direcções <uvw> 
desse plano paralelas à direcção de 
laminagem (DL). Dessa forma a 
componente é especificada com a notação 
{hkl}<uvw>.
282
Fatores que Influenciam a Textura Cristalográfica
Metalurgia Física
Programa de Pós-graduação em Engenharia Metalúrgica
O que é Textura Cristalográfica?
Em geral a textura 
cristalográfica de um material 
possui várias componentes. 
Deste modo, existem várias 
formas de medir e representar a 
textura cristalográfica tomando 
como referência os eixos 
macroscópicos do material, 
definidos como eixos das 
direções de laminação (DL), 
transversal (DT) e normal (DN),
283
Fatores que Influenciam a Textura Cristalográfica
Metalurgia Física
Programa de Pós-graduação em Engenharia MetalúrgicaO que é Textura Cristalográfica?
Figuras de pólos directas para um plano 
qualquer com textura
(b) Textura Aleatória // (c) Textura preferencial
No que diz respeito à medida, esta 
pode ser efectuada por meio de 
difracção de Raios-X, difração de 
neutrões, usando radiação 
sincrotrão e ainda por 
EBSD (Electron Back Scattering 
Diffraction). Quanto às formas 
gráficas de representar a textura 
cristalográfica, existem a figura de 
pólos directa, a figura de pólos 
inversa e a função de distribuição 
das orientações cristalográficas 
(FDOC, “Orientation Distribution 
Function – ODF”).
284
Fatores que Influenciam a Textura Cristalográfica
Metalurgia Física
Programa de Pós-graduação em Engenharia Metalúrgica
O que é Textura Cristalográfica?
Figuras de pólos directas para um plano 
qualquer com textura
(b) Textura Aleatória // (c) Textura preferencial
A figura de pólos direta é uma 
projeção estereográfica com uma 
orientação específica 
relativamente à amostra, na qual 
se apresenta a variação da 
densidade de pólos com a 
orientação espacial para um plano 
cristalográfico seleccionado. Por 
outro lado, a figura de pólos 
inversa exibe a distribuição de 
uma direção em particular na 
amostra relativamente aos eixos 
do cristal.
285
Fatores que Influenciam a Textura Cristalográfica
Metalurgia Física
Programa de Pós-graduação em Engenharia Metalúrgica
O que é Textura Cristalográfica?
Resultados do simulação do modelo micromecânico de teste 
pseudoelástico de tração/compressão de policristal de Ni-Ti
A figura de pólos inversa exibe a 
distribuição de uma direção em 
particular na amostra 
relativamente aos eixos do cristal.
286
Fatores que Influenciam a Textura Cristalográfica
Metalurgia Física
Programa de Pós-graduação em Engenharia Metalúrgica
O que é Textura Cristalográfica?
ODFs do aço IF laminado a frio na 
Brasmetal, obtidas por difração de raio X. 
(Reduções de 90, 85 e 77%, ϕϕϕϕ2 = 45o)
A Função de Distribuição de 
Orientações Cristalográficas (ODF) 
é obtida através das figuras de 
pólos diretas, expressando a 
probabilidade de um cristal ter a 
orientação descrita por certos 
ângulos dependentes da notação 
escolhida (notação de Roe ou 
Bunge).
90% 85%
77%
287
Fatores que Influenciam a Textura Cristalográfica
Metalurgia Física
Programa de Pós-graduação em Engenharia Metalúrgica
O que é Textura Cristalográfica?
Mapa de orientação e ODF do aço IF 
laminado a quente, gerados em uma 
das varreduras por EBSD
288
Resumo
�Cronograma do Programa / Avalições
�Bibliografia Básica
�Introdução a Metalurgia Física
�Revisão Cristalografia
�Átomos Intersticiais
�Transformações de Fase
�Precipitados
�Mecanismos de Endurecimento
�Deformação/Recuperação/Recristalização/Crescimento de Grão
�Fatores que Influenciam a Textura cristalográfica
Metalurgia Física
Programa de Pós-graduação em Engenharia Metalúrgica

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