Discordâncias e Aumento de Resistência

Esta é uma pré-visualização de arquivo. Entre para ver o arquivo original

*
Discordâncias e Mecanismos de Aumento de Resistência
Por que a resistência medida dos materiais é muito menor do que aquela predita pelos cálculos teóricos, baseados na força de ligação dos átomos de um cristal perfeito do material?
Ex: a resistência ao cisalhamento teórica do cobre é mecânica maior que 1000 MPa, mas o valor medido é de uma ordem de grandeza menor que este.
Por que os metais se deformam plasticamente?
Por que a deformação plástica dos metais pode resultar em profundas alterações nas propriedades mecânicas do material?
 Resposta: Por conta da existência de discordâncias na rede cristalina dos materiais;
*
Escorregamento e plano de escorregamento:
O processo pelo qual uma discordância se move para causar uma deformação no material é chamado escorregamento;
 O plano cristalográfico ao longo do qual a linha da discordância se movimenta é conhecido como plano de escorregamento.
Densidade de discordâncias: Número de discordâncias expresso como o comprimento total de discordâncias por unidade de volume.
Discordâncias e Mecanismos de Aumento de Resistência
Tensão de cisalhamento
Plano extra de átomos
Linha de discordância
Plano de escorregamento
Vetor de Burgers
*
Discordâncias e Mecanismos de Aumento de Resistência
A deformação plástica corresponde ao movimento de uma grande quantidade de discordâncias;
O movimento de uma discordância se dá de forma discreta (pequenos deslocamentos por vez). 
O movimento de um plano inteiro de uma vez exigiria uma imensa quantidade de energia para ser realizado.
*
Discordância de aresta: o movimento da linha de discordância é paralelo ao da força de cisalhamento
Discordância em espiral: o movimento da linha de discordância é perpendicular ao da força de cisalhamento
Discordâncias e Mecanismos de Aumento de Resistência
*
Discordâncias : Esforços Envolvidos
Regiões de tração e compressão ao redor da discordância
Interação entre discordâncias
Repulsão
Atração e aniquilamento
*
Sistemas de Escorregamento
Existe um plano (plano de escorregamento) e uma direção preferenciais, nas quais ocorrerá mais facilmente um escorregamento;
A esta combinação é dada o nome de sistema de escorregamento.
*
Sistemas de Escorregamento
O plano preferencial é o de maior densidade planar;
A direção preferencial é a que apresenta a maior densidade linear. Para o caso de discordâncias de aresta, esta direção é dada pelo vetor de burgers.
Plano de escorregamento (menor densidade planar)
Plano de escorregamento (maior densidade planar)
Distância de deslocamento
*
Sistemas de Escorregamento
Geralmente, metais com maior número de sistemas de escorregamento são mais dúcteis. Por isso, metais com estruturas dos tipos CFC e CCC são dúcteis e metais com estrutura HC são frágeis.
*
Escorregamento em Monocristais
Tensão de cisalhamento resolvida (R): produz deformações plásticas. Para o caso de um carregamento simples de tração:
Tensão de cisalhamento resolvida crítica (tcrc): tensão de cisalhamento mínima exigida para iniciar o escorregamento.
y = crss/(cos cos)max
Para  =  = 45o
e = 2crss
*
Escorregamento em Monocristais
Direção da força
Plano de escorregamento
Cada degrau mostrado nas imagens resulta da geração de um grande número de discordâncias e suas propagações ao longo de um sistema de escorregamento com a máxima tensão de cisalhamento resolvida
*
Deformação Plástica de Materiais Policristalinos
Linhas de escorregamento em grãos deformados
Antes da deformação: grãos equiaxiais
Após deformação: grãos alongados
 Orientação dos cristais nos grãos é aleatória;
 Discordâncias precisam passar de grão em grão;
 Em alguns grãos o sistema de escorregamento será favoravelmente orientado, em outros não;
 Escorregamento só ocorre quando todos os grãos são capazes de escorregar.
*
Deformação Plástica de Materiais Policristalinos
 Deformação por maclagem: Em adição ao escorregamento a deformação plástica em alguns materiais metálicos pode ocorrer pela formação de maclas de deformação, ou maclagem. 
Planos da macla
maclas
fronteira
As orientações cristalográficas acima e abaixo do escorregamento são as mesmas antes e depois da deformação. Mas, no caso de maclagem, haverá uma reorientação no plano de maclagem, no qual poderá tomar lugar um novo sistema de escorregamento para que escorregamentos ocorram.
fronteira
*
Deformação Plástica de Materiais Policristalinos
 As direções de escorregamento podem variar de cristal para cristal. Alguns grãos possuem orientação menos favoráveis com respeito a carga aplicada (ex: cos cos baixo);
 Mesmo os grãos para os que cos cos é alto podem ser limitados na deformação pelos grãos adjacentes que não podem se deformar facilmente;
 Discordâncias não podem facilmente atravessar contornos de grão devido às mudanças de direção do plano de escorregamento e à desordem no contorno de grão;
 Como resultado, os materiais policristalinos são mais resistentes que os monocristalinos (exceto os monocristais perfeitos, sem defeito algum)
*
Mecanismos do aumento de resistência em metais
 A habilidade de um metal se deformar depende da facilidade com que as discordâncias podem se mover;
 A restrição de uma discordância se mover torna o material mais resistente;
 Mecanismos de aumento de resistência em materiais monofásicos:
 diminuição do tamanho do grão;
 por solução sólida;
 encruamento
*
Tamanho do grão
Onde: 0 e Ky são constantes
Uma discordância cruzando um grão poderá ter que mudar sua direção de movimentação quando encontrar outro grão, logo o contorno de grão torna-se um obstáculo;
A desordem de um contorno de grão resultará em uma descontinuidade dos planos de escorregamento de um grão para outro;
A redução do tamanho de grão ou o aumento do contorno de grão resultará em um aumento da resistência de materiais metálicos policristalinos.
*
Solução Sólida
% elemento de liga
e (psi)
Discordância de aresta
Discordância de aresta
Tensão causada por átomos substitucionais menores que os do metal hospedeiro
Compressão causada por átomos substitucionais maiores que os do metal hospedeiro
*
Encruamento
Um material é tracionado além do seu limite de escoamento antes de ser aliviado
Agora o material possui um limite de escoamento maior, mas uma ductilidade menor.
Repetindo-se o procedimento várias vezes, o material vai aumentar seu limite de escoamento e diminuir sua ductilidade continuamente até tornar-se frágil.
*
Encruamento
Trabalho a frio:
*
Encruamento
*
Recuperação, Recristalização e Crescimento de Grão
Trabalho a frio; b) Após recuperação; c) Após recristalização; d) Após crescimento de grão.
 Tratamentos térmicos são tratamentos feitos a altas temperaturas para eliminar os efeitos da deformação a frio:
Recuperação: liberação de parte da energia interna de deformação de um material deformado a frio; 
Recristalização: formação de um novo conjunto de grãos livres de deformação, dentro de um material deformado a frio;
Crescimento de grão: aumento do tamanho médio de grão de um material policristalino.
*
Recuperação, Recristalização e Crescimento de Grão
Trabalho a frio;
Estágio inicial de recristalização (3s a 580oC);
Substituição parcial de grãos deformados por recristalizados (4s a 580oC);
Recristalização completada (5s a 580oC);
Crescimento de grão após 15 min a 5800C;
Crescimento de grão após 10 min a 700oC.
*
Crescimento de Grão
dn - don = Kt
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*