Aula 07

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Imperfeições em Sólidos
Aula 07
Prof. Me. Rodrigo S. Fontoura
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Tipos de imperfeições
• Defeitos pontuais
• Defeitos de linha (discordâncias)
• Defeitos de interface (grão e maclas)
• Defeitos volumétricos (inclusões, 
 precipitados)
Discordância Aresta
• Envolve um meio - plano 
extra de átomos;
• O vetor de Burger é 
perpendicular à direção da 
linha da discordância;
• Envolve zonas de tração 
e compressão.
● O cristal perfeito em (a) é cortado e um meio plano atômico 
extra é inserido (b);
● A extremidade da parte inferior do plano extra é uma 
discordância aresta (c);
● O vetor de Burgers b é necessário para fechar um circuito de 
igual espaçamento atômico ao redor da discordância.
Discordância Hélice
• Produz distorção na rede 
devido a tensão de 
cisalhamento;
• O vetor de Burgers é 
paralelo à direção da linha 
de discordância.
● O cristal perfeito (a) é cortado e cisalhado em um espaçamento 
interatômico, (b) e (c);
● A linha ao longo da qual ocorre o cisalhamento é uma discordância 
em hélice;
● Um vetor de Burgers b é requerido para fechar o circuito de igual 
espaçamento interatômico ao redor da discordância.
Discordância mista
1 
.
-
Linha da discordanc.ia
... - - - 
--.... .....
Como se observa as discordância
• Diretamente  microscopia eletrônica de 
transmissão (MET);
• Indiretamente  microscopia eletrônica de 
varredura (MEV) e microscopia óptica (após 
ataque químico seletivo).
DISCORDÂNCIAS NO MET
Discordâncias e deformação plástica
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.
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Defeitos Interfaciais
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Defeitos interfaciais
• Envolvem fronteiras (defeitos em duas 
dimensões) e normalmente separam regiões 
dos materiais de diferentes estruturas 
cristalinas ou orientações cristalográficas;
• Essas imperfeições incluem:
D Superfície externa;
D Contorno de grão;
D Fronteiras entre fases;
D Maclas ou Twins;
D Defeitos de empilhamento.
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Superfícies externas
• Um dos contornos mais óbvios é a sup. 
externa;
• Na superfície os átomos não estão ligados ao 
nº máximo de vizinhos;
• Então o estado energético dos átomos na 
superfície é maior que no interior do cristal;
• A energia superficial é expressa em erg/cm2 ou J/m2;
• Os materiais tendem a minimizar esta energia, e 
se possível, a área de sua sup.
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Contornos de Grão
• Corresponde à região que 
separa dois ou mais cristais de 
orientações diferentes;
• No interior de cada grão 
todos os átomos estão 
arranjados segundo um 
único modelo e única 
orientação, caracterizada 
pela célula unitária.
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Contornos de Grão
Os átomos próximos aos contornos (a) não possuem uma distância 
de equilíbrio ou arranjo definido. Grãos e contornos de grão em 
uma amostra de aço inoxidável (b).
Fonte: Donald R. Askeland; Pradeep P. Phulé - The Science and Engineering of Materials, 4th ed.
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Contornos de grãos vistos por MO
Fonte: material Profa. Eleani Maria da Costa DEM/PUCRS
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Formação do Grão
-A forma do grão é controlada: pela 
presença dos grãos circunvizinhos;
-O tamanho de grão é controlado: 
Composição ou Taxa de cristalização ou 
solidificação;
-Os átomos estão ligados de uma forma 
menos regular ao longo de um contorno de 
grãos;
-Os contornos de grãos são quimicamente 
mais reativos do que os grão;
-Com freq. os átomos de impurezas situam-
se preferencialmente nos contornos.
-Os grão crescem em T elevadas p/ 
diminuir a energia total dos contornos. 
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Contornos de macla (“twin”)
Aplicação de tensão em um cristal perfeito (a) pode causar um 
deslocamento dos átomos, (b) resultando na formação de uma macla.
Fonte: Donald R. Askeland; Pradeep P. Phulé - The Science and Engineering of Materials, 4th ed.
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Contornos de Macla
● É um tipo especial de contorno de grão;
● Existe uma simetria em espelho da rede cristalina;
● As maclas resultam de deslocamento atômicos que 
são produzidos a partir de:
➢ Forças mecânicas de cisalhamento (maclas de 
deformação);
● São típicas nos metais de estrutura cristalina CFC.
➢ Tratamentos térmicos de recozimento realizado após 
deformação (maclas de recozimento). 
● São observadas nos metais CCC e HC.
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Defeitos interfaciais diversos
• Falhas de empilhamento:
● São encontrados em metais CFC;
● Interrupção na sequência de empilhamento 
ABCABC...
● A magnitude da energia interfacial está 
relacionada ao tipo de contorno e varia de 
material para material;
● Normalmente, a energia interfacial será 
maior para superfícies externas.
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Interfaces (fronteiras entre fases)
Exemplos de interfaces: (a) um precipitado não-coerente não possui 
relação com a estrutura cristalina da matriz metálica; (b) um 
precipitado coerente se forma de modo a preservar a integridade da 
rede cristalina. Existe relação entre a estrutura do precipitado e da 
matriz metálica.
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Defeitos Volumétricos
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Defeitos volumétricos
• São introduzidas no processamento e fabricação 
dos materiais;
• São eles:
➢ Inclusões - Impurezas estranhas;
➢ Precipitado - 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
INCLUSÕES DE ÓXIDO DE COBRE (Cu2O) EM COBRE DE ALTA PUREZA (99,26%) 
LAMINADO A FRIO E RECOZIDO A 800 °C.
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Porosidade
COMPACTADO DE PÓ DE 
FERRO,COMPACTAÇÃO UNIAXIAL EM 
MATRIZ DE DUPLO EFEITO, A 550 MPa
COMPACTADO DE PÓ DE FERRO APÓS 
SINTERIZAÇÃO A 1150 °C, POR 120min 
EM ATMOSFERA DE HIDROGÊNIO
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Exemplo de partículas de segunda 
fase
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).
PRINCÍPIOS DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS
 Propriedades Mecânicas dos Materiais
Prof. Me. Rodrigo S. FontouraProf. Me. Rodrigo S. Fontoura
OBJETIVO DA AULA
Ao final desta aula, você deverá:
1.Saber o conceito de Tensão; 
2.Conhecer a Lei de Hooke; 
3.Identificar os esforços atuantes: Tração, Compressão, Cisalhamento, 
Flexão, Torção e Flambagem; 
• Tipos de deformações:
 Elásticas: 
Os átomos se afastam das posições originais sem ocuparem 
definitivamente novas posições. O material retorna às suas 
dimensões originais, quando é cessada o motivo da deformação.
 Processo de deformação em que a tensão e a deformação são 
proporcionais.
INTRODUÇÃO
• Tipos de deformações:
 Plásticas: 
Ao retirarmos o esforço, o material não retorna às suas 
dimensões originais. Suas dimensões originais ficam alteradas 
após cessar o esforço externo.
 Processo de deformação em que a tensão e a deformação não 
são proporcionais.
INTRODUÇÃO
PROPRIEDADES MECÂNICAS
 Estudo do comportamento mecânico dos materiais, utilizando o 
Ensaio de Tração e o Diagrama Tensão x Deformação.
Ensaio Tração (Corpo de Prova):
 Considerando uma barra cilíndrica de área S0 e comprimento L0 
submetida a um esforço externo P (uniaxial) na direção de seu eixo 
principal.PROPRIEDADES MECÂNICAS
Ensaio Tração (Corpo de Prova):
PROPRIEDADES MECÂNICAS
ESFORÇOS DE TRAÇÃO E COMPRESSÃO
Tensão é definida pela Carga perpendicular à seção transversal do corpo (N) 
pela área da seção transversal original.
Tensão
Deformação
Deformação é definida pela diferença de comprimento (final – original) 
pelo comprimento original.
Qual sua unidade???
Para a maioria dos metais submetidos a uma tensão em níveis baixos, a 
tensão e a deformação são proporcionais entre si.
Essa relação é conhecida como Lei de Hooke.
A constante de proporcionalidade entre tensão e deformação denomina-se 
módulo de elasticidade ou módulo de Young.
S.I: Pa ou psi.
σ
ε=
Tensão
deformação=módulode elásticidade (E )
ELASTICIDADE
ELASTICIDADE
TIPOS DE ESFORÇOS EXTERNOS
 Tração;
 Compressão;
 Flexão;
 Torção;
 Flambagem;
 Cisalhamento.
TIPOS DE ESFORÇOS EXTERNOS
Tração:A força atuante 
tende a provocar um 
alongamento do elemento 
na direção da mesma.
TIPOS DE ESFORÇOS EXTERNOS
Compressão: pressão exercida 
por uma força sobre um 
corpo, tendendo a aproximar 
as partes que o compõem ou 
o efeito de reduzir o volume 
de uma substância por meio 
de pressão.
TIPOS DE ESFORÇOS EXTERNOS
Flexão: A força atuante 
provoca uma deformação 
do eixo perpendicular à 
mesma.
TIPOS DE ESFORÇOS EXTERNOS
Torção: Forças atuam em 
um plano perpendicular ao 
eixo e cada seção 
transversal tende a girar 
em relação às outras.
TIPOS DE ESFORÇOS EXTERNOS
Flambagem: É um esforço 
de compressão em uma 
barra de seção transversal 
pequena em relação ao 
comprimento, que tende a 
produzir uma curvatura na 
barra.
TIPOS DE ESFORÇOS EXTERNOS
Cisalhamento: Forças 
atuantes tendem a 
produzir um efeito de 
corte, isto é, um 
deslocamento linear 
entre seções transversais.
Um cilindro de alumínio com comprimento de 300mm é puxado 
em tração com tensão de 280 MPa. Se a deformação é 
inteiramente elástica, qual será o alongamento resultante?
Dados: Módulo de elasticidade do alumínio = 69 GPa
Exercício
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Bibliografia
 Callister Jr., W. D. Ciência e engenharia de 
 materiais: Uma introdução. LTC, 5ed., 
cap 3, 2002.
Notas de aula da Profª. Dra. Daniela Becker
	Slide 1
	Tipos de imperfeições
	Discordância Aresta
	Slide 4
	Discordância Hélice
	Slide 6
	Discordância mista
	Como se observa as discordância
	DISCORDÂNCIAS NO TEM
	Discordâncias e deformação plástica
	Considerações Gerais
	Defeitos Interfaciais
	Defeitos interfaciais
	Superfícies externas
	Contornos de Grão
	Contornos de Grão
	Slide 17
	Formação do Grão
	Contornos de macla (“twin”)
	As maclas resultam de deslocamentos
	Defeitos interfaciais diversos
	Interfaces (fronteiras entre fases)
	Defeitos Volumétricos
	Defeitos volumétricos
	Inclusões
	Porosidade
	Exemplo de partículas de segunda fase
	Slide 28
	Slide 29
	Slide 30
	Slide 31
	Slide 32
	Slide 33
	Slide 34
	Slide 35
	Slide 36
	Slide 37
	Slide 38
	Slide 39
	Slide 40
	Slide 41
	Slide 42
	Slide 43
	Slide 44
	Slide 45
	Slide 46
	Bibliografia