RECRISTALIZAÇAO E CRESCIMENTO DE GRÃOS

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Metalurgia Física
Prof. Dr. Guilherme Verran
Crescimento de Grão
Recristalização
Encruamento
Aula 17 - Transformações no estado sólido
Transformações Estruturais a nível de tamanho e 
formato dos grãos
Encruamento
• Aumento de dureza ou da resistência mecânica 
como resultado da deformação dos grãos em processos 
de Conformação Mecânica à Frio.
• Em processos de Conformação a Frio pode-se dizer 
que a maior parte da energia despendida ocorre na 
forma de calor. 
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• Durante este processo uma pequena fração de 
discordâncias vai para a superfície gerando um 
aumento da densidade das discordâncias com a 
continuidade da deformação plástica.
Encruamento
• A energia utilizada durante a deformação (cerca de 
2a 10%) é armazenada no metal na forma de
Defeitos de Discordâncias Cristalinas.
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• A densidade de distribuição dos defeitos gerados na 
deformação plástica depende de fatores tais como:
• Energia de Defeito de Empilhamento (EDE)
• Estrutura cristalina do metal
• Temperatura
• Quantidade e velocidade de deformação
• Pureza do metal
Encruamento
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Encruamento
Na deformação plástica, tem-se alguns fatores que afetam a 
microestrutura do metal deformado:
• Átomos de soluto
• Energia de defeito de empilhamento (EDE)
• Tamanho de grão inicial
• Temperatura e velocidade de deformação
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A distribuição de discordâncias em um metal é 
fortemente dependente da EDE.
Metais que apresentam baixa EDE
Discordâncias apresentam baixa 
mobilidade devido ao fato das 
discordâncias parciais estarem 
muitos afastadas entre si.
Distribuição Planar
(homogênea) na 
microestrutura
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Metais que apresentam alta EDE
Apresentam discordâncias parciais 
próximas umas das outras, que 
implica em maior mobilidade.
Distribuição Celular
(heterogênea) na 
microestrutura
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Heterogeneidade de Deformação na Microestrutura
As variações de defeitos cristalinos ocorrem tanto 
dentro de um mesmo grão como entre grãos, podendo ser 
classificadas da seguinte forma:
• Bandas de cisalhamento
• Bandas de transição
• Transformações de fases induzidas por deformação plástica
• Maclas de deformação
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As regiões das bandas de transição,
são locais preferenciais para o início de
recristalização em função das altas
diferenças de orientação localizadas no
reticulado.
Estas estruturas ocorrem durante a
deformação onde dentro de um mesmo
grão surgem diferentes sistemas de
escorregamento promovendo deformações
diferentes no reticulado.
Bandas de Transição ou de Deformação
Bandas de Transição em
grão deformado com
subestrutura celular.
Ficam delimitadas no interior de 
grãos individuais.
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Bandas de Cisalhamento
Tipos de heterogeneidades que ocorrem
em regiões de máxima tensão de
cisalhamento e planos de pequena
resistência onde existe alta concentração
de escorregamento.
São também heterogeneidades 
importantes para o início da 
recristalização.
Sua ocorrência esta associada com 
metais altamente deformados a frio.
Bandas de Cisalhamento em 
metal deformado (vistas no 
corte longitudinal).
São formadas ao longo de todo o 
material, independente da estrutura 
de grãos e dependente do modo e da 
quantidade de deformação.
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Maclas de Deformação
São formas alternativas de deformação plástica, que ocorrem em situações 
em que a deformação plástica por deslizamento de planos se torna difícil.
A maclação depende de uma combinação de fatores tais como:
• Altas velocidades de deformação a baixas temperaturas.
• Orientação desfavorável ao escorregamento.
• Dificilmente é observada a ocorrência de maclação quando o material é 
de elevada pureza.
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• Mais raramente em metais que apresentam cúbica de face centrada 
(CFC).
As maclas de deformação surgem nas seguintes estruturas:
• Principalmente em metais com estrutura hexagonal compacta (HC)
• Eventualmente em metais que apresentam estrutura cúbica de corpo 
centrada (CCC).
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RECRISTALIZAÇÃO
Pode ser entendida como sendo um realinhamento dentro dos cristais 
que proporciona uma diminuição da energia livre.
A recristalização é tratada como uma transformação de fases que 
ocorre por Nucleação e Crescimento.
Este fenômeno ocorre também quando os cristais são submetidos a 
temperaturas elevadas através de um tratamento térmico denominado de 
Recozimento.
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Os cristais plasticamente deformados, tem mais energia que os cristais 
não deformados, devido ao fato de apresentarem muitas discordâncias e 
outras imperfeições.
Havendo oportunidade, os átomos desses cristais se reacomodam de 
forma a ter um rearranjo perfeito e não deformado.
Material Encruado
Material Recristalizado
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Mudanças Microestruturais durante o Recozimento.
Quando um metal é deformado a frio, as mudanças microestruturais 
que ocorrem após o recozimento, surgem de forma a diminuir a energia 
armazenada na deformação.
• Processos de Recuperação
• Processos de Recristalização e Crescimento de Gräo
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• Reações entre defeitos puntiformes.
• Aniquilação de discordâncias de sinais opostos.
• Rearranjo de discordâncias de modo a gerar configurações de menor 
energia.
• Formação de contornos de alto ângulo.
Processos de Recuperação
Principais mudanças estruturais:
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• Absorção de defeitos puntiformes e discordâncias por contornos de alto 
angulo durante a migração. 
• Redução da área total do contornos de grão.
Processos de Recristalização e Crescimento de Gräo
Principais mudanças estruturais:
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Processo de Nucleação
• Mecanismo de rearranjo de discordâncias de modo a formar uma 
região livre de defeitos associada a contorno de alto angulo com alta 
mobilidade.
Migração de contornos pré-existentes induzidos por deformação
Nucleação por migração de contornos induzida por deformação
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A condição para que esse processo possa ocorrer é através do balanço
energético favorável entre a redução de energia armazenadae o
aumento da superfície total do contorno de grão devido ao
``embarrigamento``.
Modelo para o processo de Migração de Contornos de Grão
induzida por deformação mostrando os sucessivos estágios de
migração.
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Nucleação por Coalescimento de Subgrãos
Mecanismo que promove crescimento de subgrãos através da
eliminação de subcontornos e alteração das diferenças de orientação
entre o grupo que sofreu coalescimento e os subgrãos próximos.
(d) Formação de grão 
recristalizado R.
(a) Estrutura original. (b) Coalescimento dos pares A/B e C/D 
por eliminação dos seus contornos.
(c) Coalescimento dos 
pares A/B e C/D.
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Crescimento das Regiões Recristalizadas
Recristalização pode ser definida como a eliminação de defeitos 
cristalinos através da migração de contornos de alto ângulo.
O principal potencial para que ocorra a recristalização é a energia 
armazenada durante a deformação.
Quando ocorre a formação de uma região livre de defeitos circundada por um
contorno de alto angulo a recristalização continua através do crescimento deste
núcleo sobre a matriz encruada
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O crescimento das regiões recristalizadas pela migração de contornos de 
alto angulo continua até que os grãos recristalizados se toquem mutuamente.
A recristalização primária termina neste caso quando as frentes de reação se 
encontram.
As distribuições das regiões recristalizadas são relativamente homogêneas.
Início da recristalização 
Material Anisotrópico
50% de recristalização Recristalização completa 
Material Isotrópico
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Com a migração dos contornos de alto angulo, a microestrutura acaba
``varrendo``, ou seja, eliminando os defeitos cristalinos.
Processo Irreversível
⇓
Redução da energia livre no processo de recristalização. ∆ A é a 
Energia de Ativação − ∆ P é o Potencial Termodinâmico para 
recristalização.
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Crescimento de Grão e Recristalização Secundária
A quantidade de contornos de grãos passa a atuar como potencial
termodinâmico para o crescimento de grão de modo a diminuir a área total
destes contornos.
Isto pode ocorrer de duas formas:
Contínuo : com o aumento contínuo do tamanho médio dos grãos.
Descontínuo: com o crescimento acentuado de apenas alguns grãos.
Durante esse processo a primeira etapa que ocorre é o crescimento 
de grão, e a posterior é a recristalização secundária. 
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Crescimento de Grão
O crescimento de grão é definido como o crescimento de determinados grãos 
as custas de outros de modo a diminuir a área total dos contornos.
Os pesquisadores Burke e Turnbull observaram que grãos com mais de seis 
lados possuem lados côncavos e tendem a crescer sobre os grãos com menos de 
seis lados.
Estrutura de grãos mostrando a 
influência do número de lados na 
curvatura dos contornos, onde os 
grãos com seis lados estão 
equilibrados.
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Recristalização Secundária (crescimento anormal de grãos)
Crescimento exagerado de determinados grãos que englobam os
que permanecem com seu tamanho aproximadamente constante.
Para a ocorrência da recristalização secundária é necessário que o 
crescimento normal dos grãos seja inibido.
O fenômeno da recristalização secundária está associado a fatores que 
limitam o crescimento normal do grão.
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Fatores que promovem a ocorrência da Recristalização Secundária
• Impurezas em solução sólida.
• Heterogeneidade do tamanho de grão
• Dispersão de partículas
• Textura Pronunciada (impede o crescimento normal do grão)
• Espessura da amostra (fator limitante do tamanho dos grãos)
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Recristalização de Metais Impuros e Ligas
Os elementos de liga ou impurezas em um metal proporcionam a 
formação de alguns tipos de microestrutura.
Dentre elas uma das que mais se destaca é o caso da 
Solução Sólida que gera uma Estrutura Monofásica.
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Recristalização durante a Deformação
Na fabricação de materiais metálicos muitos materiais passam por
processos de deformação a quente obtendo-se produtos como chapas, tubos,
arames entre outros.
Os processos de recuperação e recristalização quando ocorrem durante a 
deformação são denominados Recuperação Dinâmica e Recristalização 
Dinâmica.
A recuperação e recristalização dinâmica são observados indiretamente
por curvas tensão-deformação obtidos através de ensaios mecânicos como
tração, compressão e torção.
Os fenômenos denominados dinâmicos acontecem
simultaneamente com a deformação quando o material esta sob um
campo de tensões e geralmente em alta temperatura.
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Mecanismos de Restauração possíveis durante a Deformação a Quente. 
Durante a Extrusão
Altas deformações
99%
Durante a Laminação 
Baixas Deformações
50%
Para Metais de Alta EDE.
Recuperação estática
Para Metais de Baixa EDE.
Recristalização estática
Para Metais de Alta EDE.
Recuperação Dinâmina e 
Recristalização Estática
Para Metais de Baixa EDE.
Recristalização Estática e 
Dinâmica
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Recuperação Dinâmica
A temperatura elevada durante o processo de deformação permite em um
certo instante, que a quantidade de defeitos gerados seja compensado pela
quantidade de defeitos eliminados.
Durante esse processo de compensação tem-se um estado estacionário
onde a quantidade de defeito permanece constante.
Na curva tensão-deformação este defeito aparece como uma
estabilização da tensão a medida que o material vai sendo deformado.
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Recuperação Dinâmica
Curva Tensão Deformação a Quente
Ocorrência da recuperação 
dinâmica, onde o patamar é a 
tensão do estado estacionário
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Na recuperação dinâmica é possível observar que enquanto não ocorre a
migração de contornos de alto angulo, os grãos vão se alongando de acordo
com a mudança de forma do material enquanto os subgrãos mantem
estrutura equiaxial.
Alterações microestruturais durante a recuperação dinâmica.
(a) Microestrutura inicial
(b) Microestrutura após deformação ε1
( c) Microestrutura após uma deformação ε2 > ε1;
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A quantidade de discordâncias, o espaçamento médio entre elas e a 
diferença de orientação entre os subgrãos não varia significativamente no 
estado estacionário. 
⇓
• As dimensões dos subgrãos
• As diferenças de orientação
• A perfeição dos subcontornos
Dependem:
•Da natureza do metal
• Da temperatura
• Da velocidade de deformação
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Recristalização Dinâmica
A eliminação dos defeitos acontece por eventos individuais de aniquilação 
de discordâncias de sinais opostos e do desaparecimento de interstícios e 
lacunas. 
Ocorre a aniquilação de grandes quantidades de defeitos pela migração 
dos contornos de grãos.
Sua ocorrência está associada a geração de um grande número de defeitos 
durante a deformação a quente.
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Os Defeitos não podem ser eliminados apenas por recuperação 
dinâmica em função de:
• Altas Taxas de Deformação
• Baixa EDE do Material
⇒ ↑ do Potencial Termodinâmico 
para Recristalização 
Quando este estágio é atingido diz-se que ocorre um Ciclo de Recristalização.
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A velocidade (taxa) de deformação é um fator importante a ser 
considerado:
a ) Para altas taxas de deformação
⇓
Curva σ x ε apresenta um pico de 
tensão na deformação εp seguido de 
uma estabilização de tensão a medida 
que o material se deforma.
b) Para baixas taxas de deformação
A restauração se dá em ciclos de 
deformação-recristalização 
dinâmica.
⇓
ε
σ
(a)
(b)
Recristalização 
Dinâmica 
Contínua
Recristalização 
Dinâmica “Periódica”
Início da 
Recristalização
RECRISTALIZAÇÃO DURANTE A 
DEFORMAÇÃO À QUENTE
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