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Técnico Mecânica 
Tecnologia Mecânica 1 
 
Prof. Helio Canavesi Filho 
 
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A estrutura dos materiais 
 
Todos os materiais são constituídos de átomos. Durante o final do século 
XIX e início do século XX surgiram várias teorias para explicar a natureza e a 
estrutura dos átomos, à medida que as técnicas de investigação e as 
ferramentas matemáticas de análise foram se desenvolvendo. As pesquisas e 
experiências realizadas evoluíram o conceito do átomo, desde a visão simplista 
grega do átomo pequeno e indivisível até se chegar ao modelo atual, que é 
baseado na mecânica quântica, onde o átomo é composto de diversas 
subpartículas atômicas, sendo as mais conhecidas os elétrons, os prótons e os 
nêutrons. 
 
O átomo é composto no seu núcleo 
pelos prótons e nêutrons e ao redor 
movendo em orbitas circulares ou 
elípticas os elétrons. Os elétrons são os 
responsáveis pelas ligações 
interatômicas. Para o nosso curso 
vamos estudar as ligações metálicas 
 
Ligação Metálica – em que os elétrons são compartilhados por 
numerosos átomos. Este tipo de ligação pode ser mais facilmente explicado da 
seguinte maneira: se num átomo existirem apenas poucos elétrons na ultima 
camada, eles podem ser removidos de modo relativamente fácil, ao passo que 
os elétrons restantes são mantidos firmemente ligados ao núcleo. Esses 
elétrons podem abandonar um átomo e se incorporar ao átomo vizinho. 
 Essa mobilidade dos elétrons explica a elevada condutibilidade elétrica e 
térmica dos metais. 
Estrutura Cristalina – Os metais, ao se solidificar, cristalizam, ou seja, os 
seus átomos que, no estado gasoso ou liquido, estavam se movimentando a 
esmo, localizam-se em posições relativamente definidas e ordenadas, que se 
repetem em três dimensões e que formam uma figura geométrica regular, 
chamada de cristal. 
 
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 O modelo resultante dessa disposição típica dos átomos é chamado de 
reticulado (retículos ou redes). Considerando apenas um determinado grupo de 
átomos e estudando o agrupamento atômico resultante da solidificação, tem-se 
uma figura geométrica de forma regular que é chamada célula unitária ou célula 
cristalina unitária da estrutura. 
 
O modelo de cristalização pode ser visualizado ao admitir-se o que 
acontece quando um metal solidifica, por exemplo, no interior de um 
recipiente. As primeiras células unitárias que se formam, em pontos diferentes, 
crescem geralmente pela absorção de outras, até se encontrarem formando um 
contorno irregular que delimita uma área onde estão compreendidas milhares 
daquelas pequenas células. Um conjunto de células unitárias forma o cristal 
com contornos geométricos, o qual, ao adquirir os contornos irregulares, devido 
aos pontos de contato de cada conjunto, passa a chamar-se grão. Esses grãos 
são ligados entre si por uma película que não é mais considerada cristalina, 
como se verá mais adiante. 
 
 Em resumo, cada grão é constituído por milhares de células unitárias, 
estas, por sua vez, consistem de grupos de átomos que se dispuseram em 
posições fixas, formando figuras geométricas típicas. 
 
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 As disposições dos átomos dão, pois, origem aos chamados retículos ou 
reticulados cristalinos. Os mais importantes são os seguintes: 
Cúbica de Corpo Centrado (CCC) – em que os átomos se dispõem nos vértices e 
no centro de um cubo. Tal reticulado é encontrado no ferro à temperatura 
ambiente (forma alotrópica alfa), cromo, lítio, molibdênio e vanádio entre 
outros. 
 
 
Cúbica de Face Centrada (CFC) – em que os átomos se dispõem nos vértices e 
nos centros das faces de um cubo. É o caso de ferro acima de 910°C (forma 
alotrópica gama), alumínio, cobre, chumbo, níquel, prata, entre outros. 
 
 
Hexagonal compacta (HC) – em que os átomos se localizam em cada vértice e 
no centro das bases de um prisma hexagonal, alem de três outros átomos que 
se localizam nos centros de três prismas triangulares compactos alternados. Os 
metais, cujo reticulado, é o descrito, são, entre outros, zinco, magnésio, cobalto, 
cádmio. 
 
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A propriedade de certos metais – em particular o ferro – apresentarem 
reticulados cristalinos diferentes é chamada polimorfismo ou alotropia. Assim, 
aquecendo-se o ferro puro, a cerca de 910°C, o reticulado cúbico de corpo 
centrado passa a reticulado cúbico de face centrada. A primeira forma 
alotrópica, que ocorre da temperatura ambiente até 910°C é designada por alfa 
e a segunda forma, que ocorre acima de 910°C é chamada gama. Essa mudança 
é reversível. 
Essa propriedade do ferro é muito importante sob o ponto de vista 
prático: a forma polimórfica gama pode dissolver até aproximadamente 2% de 
carbono, ao passo que a alfa pode dissolver apenas até aproximadamente 
0,02% de carbono, fato esse de grande significado nos tratamentos térmicos 
dos aços. 
 Os contornos dos grãos podem ser considerados como uma região 
conturbada do reticulado, com espessura de apenas alguns diâmetros atômicos. 
A deformação, quando aplicada nos metais policristalinos, ocorre no interior 
dos grãos, ao passar de um grão para outro, a orientação cristalográfica muda 
abruptamente. Os grãos mais favoravelmente orientados em relação à direção 
da tensão aplicada deformam-se em primeiro lugar, o que causa um aumento 
da resistência para ulterior deformação, devido a um fenômeno conhecido por 
encruamento, que será estudado posteriormente. Em seguida, deformam-se os 
grãos menos favoravelmente orientados. A deformação em geral, não 
prossegue através dos contornos dos grãos, que, em primeira aproximação, 
constituem, portanto, uma região de maior resistência mecânica. Essa condição 
pode igualmente ser explicada pelo fato de o contorno ser a região 
extremamente conturbada do reticulado, como já se mencionou, devido ao 
quase embaralhamento de átomos provenientes dos cristais adjacentes ao 
contorno. A mudança de orientação de um grão a outro explica também o 
 
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aumento de resistência do contorno, ou seja, na região que marca a pasagem 
de um grão a outro. 
 Do mesmo modo que a policristalinidade confere aumento de resistência 
à deformação do metal, o tamanho do grão atua de modo semelhante, no 
sentido de que à medida que diminui o tamanho do grão, aumenta a resistência 
a deformação mecânica. Em outras palavras, sendo os contornos de grão mais 
resistentes, quando maior a quantidade de contornos, ou seja, quanto menor o 
tamanho do grão maior a resistência do metal ao esforço de deformação.