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4 imperfeicoes cristalinas

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Ciências dos Materiais
4- FORMAÇÃO E IMPERFEIÇÕES 
CRISTALINAS
1
ASSUNTO
- Defeitos pontuais
- Defeitos de linha (discordâncias)
- Defeitos de interface (grão e 
maclas)
- Defeitos volumétricos (inclusões, 
precipitados)
Prof. Davi Pereira Garcia
Ciências dos Materiais
O QUE É UM DEFEITO? 
É uma imperfeição ou um "erro" no arranjo periódico regular dos 
átomos em um cristal. 
Podem envolver uma irregularidade 
• na posição dos átomos
• no tipo de átomos
O tipo e o número de defeitos dependem do material, do meio 
ambiente, e das circunstâncias sob as quais o cristal é processado. 
2Prof. Davi Pereira Garcia
Ciências dos Materiais
IMPERFEIÇÕES 
ESTRUTURAIS
- IMPORTÂNCIA-
3Prof. Davi Pereira Garcia
Ciências dos Materiais
Solidificação dos Metais
• Os metais são fundidos para produzir peças acabadas 
e semi-acabadas.
• Dois passos de solidificação
Nucleação: Formação de núcleos estáveis.
Crescimento de núcleos: Formação de estrutura de grãos.
• Gradientes térmicos definem a forma de cada grão
Prof. Davi Pereira Garcia 4
Liquido
Nucleo
Cortorno de Grão
Grãos
Cristais que irão
formar grãos
Ciências dos Materiais
Formação Solução Solida 
• Dois mecanismos principais: Homogêneos e heterogêneos.
• Nucleação Homogênea: 
Primeiro e caso mais simples.
O próprio metal fornecerá átomos para formar núcleos.
Metal, quando significativamente resfriado, tem vários átomos de 
movimento lento que se ligam uns aos outros para formar núcleos.
Rede de átomos abaixo do tamanho crítico é chamado de embrião.
Se o conjunto de átomos atingir tamanho crítico, eles crescem em cristais. Se 
não eles irão se dissolver.
Cluster de átomos que são mais ricos do que o tamanho crítico são 
chamados núcleo.
Ciências dos Materiais
Energias envolvidas na nucleação 
homogênea.
Volume de energia livre Gv
• Liberada pela transformação de 
líquido para sólido.
• ΔGv é a mudança na energia livre 
por unidade de volume entre 
líquido e sólido.
• Mudança de energia livre para 
um núcleo esférico de raio r é 
dada por
Energia de superfície Gs
• Necessário para formar nova 
superfície sólida
• ΔGs é a energia necessária para 
criar uma superfície. γ é 
especifico da energia de 
superfície.
Então
• ΔGs é a energia de retardo da 
transformação.
 2s 4G r
vGrr 
3
3
4

Ciências dos Materiais
Energia Livre Total
• Energia Livre total é dada por:
 23 4
3
4
rGrG vT 
Nucleo
Acima do raio
Critico r*
Abaixo do raio 
Critico r*
A energia é 
diminuída 
pelo crescimento 
dos cristais
Energia é 
diminuída pela
redissolução
VG
r


2
*
Quando r=r*, d(ΔGT)/dr = 0
r*
r
ΔG
+
- ΔGv
ΔGs
ΔGT
r*
7
Ciências dos Materiais
Raio crítico versus superresfriamento
• Quanto maior o grau de superresfriamento, maior a 
mudança na energia livre do volume ΔGv
• ΔGs não muda de forma significativa.
• À medida que o superresfriamento ΔT aumenta, o tamanho 
raio do núcleo crítico diminui. 
• A relação entre o raio critico e o superresfeiamento é dada 
por: 
TH
T
r
f
m


2
*
r* = critical radius of nucleus
γ = Surface free energy
ΔHf = Latent heat of fusion
Δ T = Amount of undercooling.
8
Ciências dos Materiais
Nucleação Homogênea
• A nucleação ocorre no liquido na superfície da estrutura de 
um material. Ex:- impurezas insolúveis.
• Essas estruturas, chamadas agentes nucleantes, reduzem a 
energia livre necessária para formar núcleo estável.
• Os agentes de nucleação também diminuem o tamanho crítico.
• É necessária uma menor quantidade de superresfriamento para 
solidificar.
• Usado excessivamente em indústrias.
Liquido
Solido
Agente 
nucleantes
θ
Ciências dos Materiais
Growth of Crystals and Formation of
Grain Structure
• Núcleo crescem em cristais em diferentes orientações.
• Os limites de crescimento de cristais ocorre quando os 
cristais se juntam em solidificação completa.
• Cristais solidificados são chamados de grãos em metais .
• Os grãos são separados por contornos de grãos. 
• Quanto maior o numero
de sítios nucleantes, 
maior o número de grãos 
formados. 
Nuclei growing into grains
Forming grain boundaries
Ciências dos Materiais
Tipos de Grãos
• Grãos Equiaxais:
• Cristais, menores em tamanho, crescem igualmente em 
todas as direções.
• Formado nos locais de alta concentração do núcleos.
• Exemplo: - Parede do molde a frio
• Grãos Colunares: 
 Longos e grosseiros.
 Crescer predominantemente em uma direção.
 Formado nos locais de arrefecimento lento
 E gradiente de temperatura íngreme.
 Exemplo: - Grãos que estão longe da
parede do molde.
Columnar Grains
Equiaxed Grains
Mold
Ciências dos Materiais
• (a) Esquema da estrutura de grão de um metal solidificado em um molde frio.
(b) Seção transversal de um lingote da liga de alumínio 1100 (99,0% Al) fundido pelo processo Properzi (processo de 
fundição centrifuga). Note-se a consistência com que os grãos colunares cresceram perpendicularmente às paredes do 
molde. Fonte: Fundamentos de Engenharia e Ciência dos Materiais. Smith
Prof. Davi Pereira Garcia 12
(“
M
e
ta
ls
 H
a
n
d
b
o
o
k
”,
 v
o
l.
 8
, 
8
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 A
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M
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ta
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, 
1
9
7
3
, 
p
. 
1
6
4
.)
Ciências dos Materiais
Fundição nas Industrias
• Nas indústrias, o metal fundido em peças semi-acabadas ou 
acabadas.
Direct-Chill semicontinuous
Casting unit for aluminum
Continuous casting
Of steel ingots
Ciências dos Materiais
Iron Smelting: Video
Ciências dos Materiais
Fundição nas Industrias
• Nas indústrias, o metal fundido em peças semi-acabadas ou 
acabadas.
Direct-Chill semicontinuous
Casting unit for aluminum
Continuous casting
Of steel ingots
Ciências dos Materiais
Estrutura do grãos produzidos na 
industria
• Para produzir lingotes fundidos com tamanho de grão 
pequeno, refinadores de grãos são adicionados.
• Exemplo: - Para liga de alumínio, é adicionada uma 
pequena quantidade de titânio, boro ou zircónio. 
(a) (b)
Grain structure of
Aluminum cast
with (a) and
without (b)
grain refiners.
Ciências dos Materiais
Solidificação Cristais 
• Para algumas aplicações (por exemplo: Lâminas de turbinas a gás -
ambiente de alta temperatura), são necessários cristais individuais.
• Cristais únicos têm alta resistência à fluência.
• A cabeça de solidificação é conduzida através de cristal solidificante para 
crescer monocristal.
• A taxa de crescimento é mantida lenta de modo que a temperatura na 
interface sólido-líquido é ligeiramente abaixo do ponto de fusão.
Growth of single
crystal for turbine
airfoil.
Ciências dos Materiais
Processo Czochralski
• Este método é usado para produzir monocristal de silício 
para dispositivos eletrônicos.
• Um cristal semente é mergulhado em silício fundido e 
rodado.
• O cristal semente é retirado lentamente enquanto o silício 
adere ao cristal semente e cresce como um único cristal.
Ciências dos Materiais
IMPERFEIÇÕES ESTRUTURAIS
• Apenas uma pequena fração dos sítios atômicos são imperfeitos
Menos de 1 em 1 milhão
• Menos sendo poucos eles influenciam muito nas propriedades dos 
materiais e nem sempre de forma negativa
19Prof. Davi Pereira Garcia
Ciências dos Materiais
Soluções Metálicas Solidas
• As ligas metálicas são usadas na maioria das aplicações de 
engenharia.
• A liga é uma mistura de dois ou mais metais e não-metais.• Exemplo:
 Latão é liga binária de 70% Cu e 30% Zn. 
 Iconel é uma superliga a base de niquel com mais 10 elementos.
• Solução sólida é um tipo simples de liga em que os 
elementos estão dispersados ​​em uma única fase.
20
Ciências dos Materiais
Solução Sólida Substitucional
• Os átomos do soluto substituem o átomo do solvente em 
uma estrutura de cristal.
• A estrutura permanece inalterada.
• A rede pode ficar ligeiramente distorcida devido à mudança 
no diâmetro dos átomos.
Porcentagem de soluto no solvente
pode variar de fração até 100%
Solvent atoms
Solute atoms
21
Ciências dos Materiais
Solução Sólida Substitucional (Cont..)
• A solubilidade dos sólidos será maior quando:
 Diâmetro dos átomos não diferem em mais de 15%
 As estruturas cristalinas forem semelhantes.
 Não haver muita diferença na eletronegatividade (outros compostos 
serão formados).
 Tenha valência próximas .
• Exemplos:-
Sistema
Diferença 
de Raio 
Atômico 
Diferença 
Eletronega
tividade
Solubilida
de no 
sólido
Cu-Zn 3.9% 0.1 38.3%
Cu-Pb 36.7% 0.2 0.17%
Cu-Ni 2.3% 0 100%
22
Ciências dos Materiais
23
IMPERFEIÇÕES ESTRUTURAIS
Exemplos de efeitos da presença 
de imperfeições
o O processo de dopagem em semicondutores visa 
criar imperfeições para mudar o tipo de 
condutividade em determinadas regiões do material
o A deformação mecânica dos materiais promove a 
formação de imperfeições que geram um aumento 
na resistência mecânica (processo conhecido como 
encruamento) 
o Wiskers de ferro (sem imperfeições do tipo 
discordâncias) apresentam resistência maior que 
70GPa, enquanto o ferro comum rompe-se a 
aproximadamente 270MPa.
Prof. Davi Pereira Garcia
Ciências dos Materiais
IMPERFEIÇÕES ESTRUTURAIS
• São classificados de acordo com sua geometria ou dimensões
24Prof. Davi Pereira Garcia
Ciências dos Materiais
IMPERFEIÇÕES ESTRUTURAIS
• Defeitos Pontuais associados c/ 1 ou 2 
posições atômicas
• Defeitos lineares uma dimensão
• Defeitos planos ou interfaciais (fronteiras) duas 
dimensões 
• Defeitos volumétricos três dimensões
25Prof. Davi Pereira Garcia
Ciências dos Materiais
1- DEFEITOS PONTUAIS
• Vacâncias ou vazios
• Átomos Intersticiais
• Schottky
• Frenkel
26
Ocorrem em sólidos iônicos
Prof. Davi Pereira Garcia
Ciências dos Materiais
VACÂNCIAS OU VAZIOS
• Envolve a falta de um 
átomo
• São formados durante a 
solidificação do cristal ou 
como resultado das 
vibrações atômicas (os 
átomos deslocam-se de 
suas posições normais)
27Prof. Davi Pereira Garcia
Ciências dos Materiais
VACÂNCIAS OU VAZIOS
• O número de vacâncias aumenta exponencialmente com a temperatura
Nv= N exp (-Qv/KT)
Nv= número de vacâncias
N= número total de sítios atômicos
Qv= energia requerida para formação de vacâncias
K= constante de Boltzman = 1,38x1023J/at.K ou 
8,62x10-5 eV/ at.K
28Prof. Davi Pereira Garcia
Ciências dos Materiais
INTERSTICIAIS
• Envolve um átomo extra no 
interstício (do próprio cristal)
• Produz uma distorção no 
reticulado, já que o átomo 
geralmente é maior que o espaço 
do interstício
• A formação de um defeito 
intersticial implica na criação de 
uma vacância, por isso este 
defeito é menos provável que 
uma vacância
29Prof. Davi Pereira Garcia
Ciências dos Materiais
INTERSTICIAIS
30
Átomo intersticial pequeno
Átomo intersticial grande
Gera maior distorção na rede
Prof. Davi Pereira Garcia
Ciências dos Materiais
IMPUREZAS NOS SÓLIDOS
• Um metal considerado puro sempre tem impurezas (átomos 
estranhos) presentes
99,9999% = 1022-1023 impurezas por cm3
• A presença de impurezas promove a formação de defeitos pontuais
31Prof. Davi Pereira Garcia
Ciências dos Materiais
LIGAS METÁLICAS
• As impurezas (chamadas elementos de liga) são adicionadas 
intencionalmente com a finalidade:
- aumentar a resistência mecânica
- aumentar a resistência à corrosão
- Aumentar a condutividade elétrica
- Etc.
32Prof. Davi Pereira Garcia
Ciências dos Materiais
A ADIÇÃO DE IMPUREZAS PODE 
FORMAR
• Soluções sólidas < limite de 
solubilidade
• Segunda fase > limite de 
solubilidade
A solubilidade depende :
• Temperatura
• Tipo de impureza
• Concentração da impureza
33Prof. Davi Pereira Garcia
Ciências dos Materiais
34
Termos usados
Elemento de soluto
liga ou Impureza (< quantidade)
Matriz ou solvente 
Hospedeiro (>quantidade)
Prof. Davi Pereira Garcia
Ciências dos Materiais
35
SOLUÇÕES SÓLIDAS
A estrutura cristalina do material que 
atua como matriz é mantida e não 
formam-se novas estruturas
As soluções sólidas formam-se mais 
facilmente quando o elemento de liga 
(impureza) e matriz apresentam 
estrutura cristalina e dimensões 
eletrônicas semelhantes
Prof. Davi Pereira Garcia
Ciências dos Materiais
SOLUÇÕES SÓLIDAS
• Nas soluções sólidas as impurezas podem ser:
- Intersticial
- Substitucional
36
Ordenada
Desordenada
Prof. Davi Pereira Garcia
Ciências dos Materiais
37
SOLUÇÕES 
SÓLIDAS 
INTERSTICIAIS
Os átomos de impurezas ou os elementos de 
liga ocupam os espaços dos interstícios
Ocorre quando a impureza apresenta raio 
atômico bem menor que o hospedeiro
Como os materiais metálicos tem geralmente 
fator de empacotamento alto as posições 
intersticiais são relativamente pequenas
Geralmente, no máximo 10% de impurezas 
são incorporadas nos interstícios
INTERSTICIAL
Prof. Davi Pereira Garcia
Ciências dos Materiais
38
rC= 0,071 nm= 0,71 A
rFe= 0,124 nm= 1,24 A
EXEMPLO DE SOLUÇÃO SÓLIDA 
INTERSTICIAL
Fe + C solubilidade máxima do C no 
Fe é 2,1% a 910 C (Fe CFC)
O C tem raio atômico bastante pequeno 
se comparado com o Fe
Prof. Davi Pereira Garcia
Ciências dos Materiais
Solubilidade do Carbono no 
Ferro
• O carbono é mais solúvel no 
Ferro CCC ou CFC, 
considerando a temperatura 
próxima da transformação 
alotrópica?
39
ccc
cfc
Prof. Davi Pereira Garcia
Ciências dos Materiais
40
TIPOS DE SOLUÇÕES SÓLIDAS
SUBSTITUCIONAIS
SUBSTITUCIONAL 
ORDENADA
SUBSTITUCIONAL 
DESORDENADA
Prof. Davi Pereira Garcia
Ciências dos Materiais
FATORES QUE INFLUEM NA FORMAÇÃO DE 
SOLUÇÕES SÓLIDAS SUBSTITUCIONAIS
REGRA DE HOME-ROTHERY
• Raio atômico deve ter uma diferença de no máximo 15%, 
caso contrário pode promover distorções na rede e assim formação 
de nova fase
• Estrutura cristalina mesma
• Eletronegatividade próximas
• Valência mesma ou maior que a do 
hospedeiro
41Prof. Davi Pereira Garcia
Ciências dos Materiais
EXEMPLO DE SOLUÇÃO SÓLIDA 
SUBSTICIONAL
• Cu + Ni são solúveis em todas as 
proporções
42
00
Cu Ni
Raio atômico 0,128nm=1,28 A 0,125 nm=1,25A
Estrutura CFC CFC
Eletronegatividade 1,9 1,8
Valência +1 (as vezes +2) +2
Prof. Davi Pereira Garcia
Ciências dos Materiais
2- DEFEITOS LINEARES: 
DISCORDÂNCIAS
• As discordâncias estão associadas com a cristalização e a deformação 
(origem: térmica, mecânica e supersaturação de defeitos pontuais)
• A presença deste defeito é a responsável pela deformação, falha e ruptura 
dos materiais
43Prof. Davi Pereira Garcia
Ciências dos Materiais
2- DEFEITOS LINEARES: 
DISCORDÂNCIAS
• Podem ser:
- Aresta
- Hélice
- Mista
44Prof. Davi Pereira Garcia
Ciências dos Materiais
VETOR DE BURGER (b)
• Dá a magnitude e a direção de distorção da rede
• Corresponde à distância de deslocamento dos átomos ao redor da 
discordância
45Prof. Davi Pereira Garcia
Ciências dos Materiais
2.1- DISCORDÂNCIA EM ARESTA
• Envolve um SEMI-planoextra
de átomos
• O vetor de Burger é 
perpendicular à direção da linha 
da discordância
• Envolve zonas de tração e 
compressão
46Prof. Davi Pereira Garcia
Ciências dos Materiais
DISCORDÂNCIAS EM ARESTA
47
Fonte: Prof. Sidnei, DCMM, PUCRJ
Prof. Davi Pereira Garcia
Ciências dos Materiais
DISCORDÂNCIAS EM ARESTA
48
Fonte: Prof. Sidnei, DCMM, PUCRJ
Prof. Davi Pereira Garcia
Ciências dos Materiais
2.2- DISCORDANCIA EM HÉLICE
• Produz distorção na rede
• O vetor de burger é paralelo à 
direção da linha de discordância
49Prof. Davi Pereira Garcia
Ciências dos Materiais
DISCORDANCIA EM HÉLICE
50Prof. Davi Pereira Garcia
Ciências dos Materiais
Discordância Mista
51Prof. Davi Pereira Garcia
Ciências dos Materiais
2.2- DISCORDANCIA EM HÉLICE
52
DISCORDÂNCIA EM HÉLICE NA SUPERFÍCIE DE 
UM MONOCRISTAL DE SiC. AS LINHAS ESCURAS 
SÃO DEGRAUS DE ESCORREGAMENT SUPERFICIAIS. 
(Fig. 5.3-2 in Schaffer et al.).
Prof. Davi Pereira Garcia
Ciências dos Materiais
DISCORDÂNCIAS NO TEM
53Prof. Davi Pereira Garcia
Ciências dos Materiais
54
CONSIDERAÇÕES GERAIS
A quantidade e o movimento das discordâncias 
podem ser controlados pelo grau de deformação 
(conformação mecânica) e/ou por tratamentos 
térmicos 
Com o aumento da temperatura há um aumento na 
velocidade de deslocamento das discordâncias 
favorecendo o aniquilamento mútuo das mesmas e 
formação de discordâncias únicas
Impurezas tendem a difundir-se e concentrar-se em 
torno das discordâncias formando uma atmosfera de 
impurezas
Prof. Davi Pereira Garcia
Ciências dos Materiais
CONSIDERAÇÕES GERAIS
• O cisalhamento se dá mais facilmente nos planos de maior 
densidade atômica, por isso a densidade das mesmas depende da 
orientação cristalográfica 
• As discordâncias geram vacâncias
• As discordâncias influem nos processos de difusão
• As discordâncias contribuem para a deformação plástica
55Prof. Davi Pereira Garcia
Ciências dos Materiais
3- DEFEITOS PLANOS
OU INTERFACIAIS
• Envolvem fronteiras (defeitos em duas dimensões) e normalmente 
separam regiões dos materiais de diferentes estruturas cristalinas ou 
orientações cristalográficas
56Prof. Davi Pereira Garcia
Ciências dos Materiais
3- DEFEITOS PLANOS
OU INTERFACIAIS
• Superfície externa
• Contorno de grão
• Fronteiras entre fases
• Maclas ou Twins
• Defeitos de empilhamento
57Prof. Davi Pereira Garcia
Ciências dos Materiais
3.1- DEFEITOS NA SUPERFÍCIE 
EXTERNA 
• É o mais óbvio
• Na superfície os átomos não estão completamente ligados 
• Então o estado energia dos átomos na superfície é maior que no interior do 
cristal
• Os materiais tendem a minimizar está energia
• A energia superficial é expressa em erg/cm2 ou J/m2)
58Prof. Davi Pereira Garcia
Ciências dos Materiais
3.2- CONTORNO DE GRÃO 
• Corresponde à região que separa dois ou mais cristais de orientação diferente 
um cristal = um grão
• No interior de cada grão todos os átomos estão arranjados segundo um único 
modelo e única orientação, caracterizada pela célula unitária
59Prof. Davi Pereira Garcia
Ciências dos Materiais
Monocristal e Policristal
Monocristal: Material com apenas uma orientação cristalina, ou 
seja, que contém apenas um grão
Policristal: Material com mais de uma orientação cristalina, ou 
seja, que contém vários grãos
60Prof. Davi Pereira Garcia
Ciências dos Materiais
LINGOTE DE ALUMÍNIO 
POLICRISTALINO
61Prof. Davi Pereira Garcia
Ciências dos Materiais
GRÃO
• A forma do grão é controlada:
- pela presença dos grãos circunvizinhos
• O tamanho de grão é controlado
- Composição química
- Taxa (velocidade) de cristalização ou solidificação
62Prof. Davi Pereira Garcia
Ciências dos Materiais
FORMAÇÃO DOS GRÃOS
63
A forma do grão é controlada:
- pela presença dos grãos 
circunvizinhos
O tamanho de grão é 
controlado
- Composição
- Taxa de cristalização ou 
solidificação
Prof. Davi Pereira Garcia
Ciências dos Materiais
CONSIDERAÇÕES GERAIS SOBRE 
CONTORNO DE GRÃO
• Há um empacotamento ATÔMICO menos eficiente
• Há uma energia mais elevada
• Favorece a nucleação de novas fases (segregação)
• favorece a difusão
• O contorno de grão ancora o movimento das discordâncias
64Prof. Davi Pereira Garcia
Ciências dos Materiais
Discordância e Contorno de Grão
A passagem de uma discordância através do 
contorno de grão requer energia
65
DISCORDÂNCIA
O contorno de grão ancora o movimento das discordância pois 
constitui um obstáculo para a passagem da mesma, LOGO 
QUANTO MENOR O TAMANHO DE GRÃO
.........A RESISTÊNCIA DO MATERIALProf. Davi Pereira Garcia
Ciências dos Materiais
CONTORNO DE PEQUENO ÂNGULO
• Ocorre quando a desorientação 
dos cristais é pequena
• É formado pelo alinhamento de 
discordâncias
66Prof. Davi Pereira Garcia
Ciências dos Materiais
OBSERVAÇÃO DOS GRÃOS E 
CONTORNOS DE GRÃO
• Por microscopia (ÓTICA OU ELETRÔNICA)
• utiliza ataque químico específico para cada material
O contorno geralmente é mais reativo
67Prof. Davi Pereira Garcia
Ciências dos Materiais
68
GRÃOS VISTOS NO 
MICROSCÓPIO ÓTICO
Prof. Davi Pereira Garcia
Ciências dos Materiais
Virtual Lab Modules
• Click on the following figures to open the virtual lab 
modules related to polishing the specimen for 
Metallography.
69
Ciências dos Materiais
Effect of Etching
Unetched 
Steel
200 X
Etched 
Steel
200 X
Unetched 
Brass
200 X
Etched 
Brass
200 X
70
Ciências dos Materiais
Virtual Lab Modules
• Click on the following figures to open the virtual lab modules 
related to etching the specimen.
71
Ciências dos Materiais
Virtual Lab Modules
• Click on the following figures to open the virtual lab modules 
related to metallographic observation.
72
Ciências dos Materiais
TAMANHO DE GRÃO
• O tamanho de grão influi nas propriedades dos materiais
• Para a determinação do tamanho de grão utiliza-se cartas padrões
ASTM
ou 
ABNT
73Prof. Davi Pereira Garcia
Ciências dos Materiais
DETERMINAÇÃO DO TAMANHO 
DE GRÃO (ASTM)
• Tamanho: 1-10
• Aumento: 100 X
N= 2 n-1
N= número médio de grãos por polegada quadrada
n= tamanho de grão
74
Quanto maior o número menor o 
tamanho de grão da amostra
Prof. Davi Pereira Garcia
Ciências dos Materiais
Existem vários softwares comerciais de 
simulação e determinação do tamanho 
de grão
75Prof. Davi Pereira Garcia
Ciências dos Materiais
Measuring ASTM Grain Size Number
• Click the Image below to play the tutorial.
76
Ciências dos Materiais
Average Grain Diameter
• Average grain diameter more directly represents 
grain size.
• Random line of known length is drawn on 
photomicrograph.
• Number of grains intersected is counted.
• Ratio of number of grains intersected to length of 
line, nL is determined.
d = C/nLM 
C=1.5, and M is 
magnification
3 inches 5 grains.
77
Ciências dos Materiais
Virtual Lab Module
• Click on the following figures to open the virtual lab modules 
related to grain size measurement.
78
Ciências dos Materiais
CRESCIMENTO DO GRÃO com a 
temperatura
79
Em geral, por questões termodinâmicas (energia) 
os grãos maiores crescem em 
detrimento dos menores 
Prof. Davi Pereira Garcia
Ciências dos Materiais
TWINS
MACLAS OU CRISTAIS GÊMEOS
• É um tipo especial de 
contorno de grão
• Os átomos de um lado do 
contorno são imagens 
especulares dos átomos do 
outro lado do contorno
• A macla ocorre num plano 
definido e numa direção 
específica,dependendo da 
estrutura cristalina
80Prof. Davi Pereira Garcia
Ciências dos Materiais
ORIGENS DOS TWINS
MACLAS OU CRISTAIS GÊMEOS
• O seu aparecimento está 
geralmente associado com A 
PRESENÇA DE:
- tensões térmicas e mecânicas
- impurezas
- Etc.
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4- IMPERFEIÇÕES 
VOLUMÉTRICAS
• São introduzidas no processamento do material e/ou na fabricação 
do componente
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Ciências dos Materiais
4- IMPERFEIÇÕES 
VOLUMÉTRICAS
- Inclusões Impurezas estranhas
- Precipitados são aglomerados de partículas cuja composição difere 
da matriz
- Fases forma-se devido à presença de impurezas ou elementos de liga (ocorre quando 
o limite de solubilidade é ultrapassado)
- Porosidade origina-se devido a presença ou formação de gases
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Inclusões
84
INCLUSÕES DE ÓXIDO DE COBRE (Cu2O) EM COBRE DE ALTA PUREZA (99,26%)
LAMINADO A FRIO E RECOZIDO A 800o C. 
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Inclusões
85
SULFETOS DE MANGANÊS (MnS) EM AÇO RÁPIDO. 
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86
As figuras abaixo apresentam a superfície de ferro puro durante o seu 
processamento por metalurgia do
pó. Nota-se que, embora a sinterização tenha diminuído a quantidade 
de poros bem como melhorado
sua forma (os poros estão mais arredondados), ainda permanece uma 
porosidade residual.
COMPACTADO DE PÓ DE 
FERRO,COMPACTAÇÃO 
UNIAXIAL EM MATRIZ DE 
DUPLO EFEITO, A 550 MPa 
COMPACTADO DE PÓ DE FERRO 
APÓS SINTERIZAÇÃO 
A 1150oC, POR 120min EM 
ATMOSFERA DE HIDROGÊNIO
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EXEMPLO DE PARTÍCULAS DE 
SEGUNDA FASE 
87
A MICROESTRUTURA É COMPOSTA POR VEIOS DE GRAFITA SOBRE UMA MATRIZ PERLÍTICA.
CADA GRÃO DE PERLITA, POR SUA VEZ, É CONSTITUÍDO POR LAMELAS ALTERNADAS DE
DUAS FASES: FERRITA (OU FERRO-A) E CEMENTITA (OU CARBONETO DE FERRO). 
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88
microestrutura da liga Al-Si-Cu + Mg mostrando diversas fases 
precipitadas
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