Relatório PCM - Deformação e Recristalização do Cobre Comercial de Alta Dureza

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Relatório da aula prática de Princípios de Ciências dos 
Materiais – Deformação e Recristalização do Cobre 
Comercial de Alta Dureza 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1- Introdução 
 
O fenômeno de recristalização de um sólido metálico ocorre devido à nucleação em regiões 
do sólido que concentrem maior nível energético. Estas regiões são os contornos de grãos e áreas 
de acúmulo de discordâncias, caso o sólido tenha sido deformado de algum modo, pois há forças 
atuando entre os grãos. Este texto trata do processo de recristalização e posterior crescimento de 
grão em metais policristalinos deformados plasticamente. 
 
2- Deformação plástica 
 
O fenômeno chamado de 
deformação plástica metais modifica a 
estrutura interna do metal em questão, 
através de um esforço mecânico. Os 
cristais deformados plasticamente 
possuem mais energia que os não-
deformados, pois tiveram quantidade 
de discordâncias, lacunas e outras 
imperfeições pontuais aumentadas. 
 
 
Fig.1 – Discordância em aresta 
 
 
Fig.2 – Discordância em linha 
 
 Diz-se que, quanto mais 
deformado plasticamente o material 
estiver, mais encruado ele está. Assim 
ocorre um aumento da dureza e da 
resistência mecânica do material, como 
resultado do aumento da energia 
interna do material. 
Quando a deformação é efetuada 
numa temperatura que é uma pequena 
fração do valor da temperatura de 
fusão do material (𝑇𝑓𝑢𝑠ã𝑜 ≫ 𝑇def 𝑓𝑟𝑖𝑜 ), o 
processo é chamado de trabalho a frio. 
Fig.3 – Deformação a frio 
 
 É conveniente expressar o grau de 
deformação plástica (%TF) como um 
percentual de trabalho a frio: 
 
%𝑇𝐹 = (
𝐴0 −𝐴𝑙
𝐴0
) ∗ 100 
 
onde 𝐴0e 𝐴𝑙 são, respectivamente, os 
valores das áreas superficiais inicial e 
final da peça. Durante a deformação 
plástica dos metais, a maior parte do 
trabalho mecânico realizado é gasto 
para mudar a forma do material, e uma 
parte do trabalho dissipa-se como 
calor. Este trabalho cria regiões de 
severa distorção associada com altas 
concentrações de discordâncias e 
outros defeitos pontuais. À medida que 
o metal armazena energia, ele se afasta 
de uma posição de mínima energia ou 
de equilíbrio. A propensão do sistema 
é, então, voltar ao equilíbrio pela 
redução de sua energia livre G, que 
ocorre pelo decréscimo do número de 
defeitos. 
 
 
Fig.4 – Micrografia de metal encruado 
 
Para que isto se realize é necessária 
ativação térmica. 
 
3- Reacomodação 
 
O fenômeno de rearranjo das 
discordâncias é chamado de 
reacomodação e não altera 
significativamente a estrutura interna 
do metal. O que ocorre é que, ao se 
retirar o carregamento e fornecer 
energia térmica, os átomos conseguem 
se mover, aliviando as zonas mais 
tensionadas pela deformação plástica. 
A ativação térmica se mostra 
necessária para promover uma 
vibração atômica mínima, que é 
essencial para a reacomodação ocorrer 
por difusão atômica. Porém, nenhum 
decréscimo apreciável ocorre na 
densidade de discordâncias. Este 
processo necessita de uma energia de 
ativação razoavelmente elevada e, 
portanto, só ocorre em temperaturas 
mais altas. 
 
 
4- Recristalização 
 
Em temperaturas ainda mais 
elevadas, a difusão atômica aumenta, 
de tal modo que é possível que novos 
cristais comecem a se formar nas 
regiões mais energéticas do sólido. Isto 
ocorre porque a tensão destas regiões 
e a alta temperatura fornecem a 
energia de ativação da recristalização e 
também porque a estrutura deformada 
é menos estável e mais energética do 
que os novos cristais em formação. O 
gráfico a seguir ilustra a necessidade da 
energia de ativação para que a 
recristalização comece, baseado na 
energia de superfície e de volume dos 
cristais em formação. 
 
 
Fig.5 – Energias do grão 
 
Quando o metal é recristalizado, a 
alta densidade de discordâncias é 
fortemente reduzida pela nucleação e 
crescimento de novas fases do 
material. Este processo elimina 
completamente os efeitos da 
deformação plástica. 
 
5- Recristalização Primária 
 
Denomina-se recristalização 
primária o processo de crescimento de 
novos grãos livres de deformação, a 
partir de grãos metálicos plasticamente 
deformados como resultado do 
trabalho a frio. Os grãos novos são 
equiaxiais, ou seja, possuem dimensões 
aproximadamente iguais em todas as 
direções. Os novos grãos surgem na 
forma de núcleos muito pequenos, que 
crescem até substituir completamente 
o seu material de origem. A 
recristalização é usada para se produzir 
uma estrutura de grãos metálicos 
refinada. O processo depende tanto do 
tempo quanto da temperatura de 
recozimento. Dependendo das 
condições experimentais, é possível 
que a recristalização de um metal 
ocorra em poucos segundos ou então 
nunca se complete totalmente. 
 
 
Fig.6 – Dureza durante recozimento 
 
 
 
 Fig.7 – Propriedades durante recozimento 
 
Se houver uma pequena 
deformação, a recristalização talvez 
não ocorra. Por outro lado, se houver 
uma deformação bastante severa, 
aumenta muito a velocidade de 
nucleação e os grãos serão mais finos 
no material recristalizado. 
Para alguns metais, temperaturas 
baixas durante a recristalização 
conduzem a microestruturas com 
pequeno tamanho de grão, enquanto o 
aumento da temperatura fortalece o 
crescimento do grão. 
A temperatura de recristalização 
está, geralmente, entre 30% e 60% da 
temperatura de fusão do metal. Define-
se, para cada material, uma 
temperatura de recristalização própria 
que é a temperatura mínima necessária 
para que o metal recristalize 
completamente em uma hora (1h). 
 
6- Crescimento de grão 
 
Após os grãos livres de deformação 
substituírem os antigos grãos 
deformados a frio eles começarão a 
crescer. Isto ocorre no sentido de 
reduzir a energia total reduzindo a área 
de contorno de grão, que é mais 
energética que o interior dos mesmos. 
Durante o crescimento, os átomos dos 
grãos menores migram para os maiores 
por difusão, de modo nem todos os 
grãos crescerão. Este processo somente 
ocorrerá se o metal recristalizado for 
mantido a uma temperatura elevada. 
Não necessariamente deve ter 
havido recuperação e recristalização 
antes do crescimento de grão 
acontecer. Por exemplo, um metal não 
deformado que é mantido a 
temperatura elevada terá grãos 
grandes. Nota-se também que grãos 
com poucos lados tendem a 
desaparecer, enquanto os que 
apresentam muitos lados tendem a 
crescer. 
 
 
 
 
 
7- Anexos 
 
A seguir ilustra-se o recozimento através de amostras de cobre deformadas a 
quente, sendo possível visualizar a recristalização e o crescimento de grão. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
8- Bibliografia 
 
Campos Filho, M. P., Davies, G. J.; “Solidificação e fundição de metais e suas ligas”; 
LTC – Livros Técnicos e Científicos; São Paulo; USP; 1978; 
Shackelford, J. F.; “Introdução à ciência dos materiais para engenheiros”; Pearson 
Prentice Hall; São Paulo; 2008; 
Van Vlack, L. H.; “Princípios de ciência e tecnologia dos materiais”; Elsevier; Rio de 
Janeiro; 1984;