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9 Descontinuidades (6)

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GRUPO DE ESTUDOS SOBRE FRATURA DE MATERIAIS 
DEMET/EM/UFOP 
DESCONTINUIDADES
ESTRUTURA DE MATERIAIS
 Cristais perfeitos
 Resistência coesiva teórica e real
 Tipos de descontinuidades
 Descontinuidades eletrônicas
 Descontinuidades pontuais
 Descontinuidades lineares
 Descontinuidades superficiais
 Descontinuidades volumétricas
DESCONTINUIDADES (DEFEITOS)
DESCONTINUIDADES VOLUMÉTRICAS
Tipos de descontinuidades cristalinas.
Descontinuidades volumétricas são encontradas no material quando uma parte da
estrutura é substituída por um volume de um composto diferente. A diferença é de
natureza química, podendo ou não ser acompanhada de diferenças cristalográficas.
A nível ainda microscópico, podemos considerar como descontinuidades
volumétricas os precipitados, os dispersóides e as inclusões. Estes compostos
foram apresentados neste capítulo, no item de soluções sólidas (fases
intermediárias) e interfaces.
A nível macroscópico temos: cavidades de contração e vazios de gás (durante a
solidificação), trincas de transformação mecânica, defeitos de solda, etc.
DESCONTINUIDADES 
VOLUMÉTRICAS
BENÉFICAS MALÉFICAS
MICROSCÓPICAS MACROSCÓPICAS
Representação esquemática de partículas de segunda fase em um sólido cristalino. 
• precipitado coerente;
• precipitado semi-coerente (dispersóide);
• precipitado incoerente (inclusão).
Precipitados
Representação esquemática
de partículas de segunda fase
em um sólido cristalino.
• precipitado coerente;
• precipitado semi-coerente;
• precipitado incoerente.
Seqüência de precipitação em ligas de Al-Cu, MET. (a) zonas GP,
720.000X; (b) θ” , 63.000X; (c) θ’ , 18.000X; (d) θ , 8.000X.
Precipitados coerentes em uma liga de Al-4%Ag, MET, 300.000X.
Precipitados semi-coerentes ’ (morfologia de Widmanstätten) em uma liga
de Al-4%Ag, Zonas GP podem ser vistas entre os precipitados ’ (por
exemplo, em H). MET, 7.000X.
Precipitação de carboneto de nióbio em contornos de subgrãos de aço
microligado. MET.
Precipitados do tipo CV em aço microligado.
Interação entre contornos de alto ângulo e precipitados de M23C6 durante a
recristalização do aço AISI 304. MET.
Microestrutura da bainita superior, com Fe3C nos contornos das ripas de
ferrita. MET.
Carboneto  metaestável precipitado
em planos (100) de uma liga Fe-
0,013%C temperada a partir de
700oC e envelhecida 6h a 200oC.
Cementita dendrítica de uma liga
Fe-0,014%C temperada a partir de
740oC e envelhecida 10min a
260oC.
Aço com 0,03%C, envelhecido a 600C. Efeito da precipitação nas
propriedades de tração.
As inclusões são partículas de dimensões muito variadas, de alguns mm (macro-inclusões) até
menores que 1m (micro-inclusões). As inclusões podem ser classificadas como:
a)Endógenas: são formadas durante o resfriamento da fase líquida, quer por cristalização, quer por
reação química, a partir dos elementos do banho. Como exemplos têm-se os sulfetos,
óxidos,silicatos, aluminatos e nitretos de ferro e de outros elementos.
a)Exógenas: são formadas a partir de escórias ou de materiais refratários que são arrastadas pelo
líquido e retidas durante a solidificação. Como exemplos encontram-se essencialmente inclusões
de silicatos, geralmente de estrutura vítrea e arredondada.
Inclusões não metálicas nos aços
ÓXIDOS
SULFETOS
NITRETOS
INCLUSÕES
Diagrama esquemático das inclusões que se formam em lingotes de aços acalmados ao alumínio e as
mudanças morfológicas destas inclusões após a laminação a quente. A = Al2O3; C = CaO.
Aço bruto de fusão contendo FeS em rede. O baixo ponto de fusão do FeS
faz com que esta fase seja a última a se solidificar, formando uma rede. O
material fica fragilizado e não resiste ao trabalho a quente. Daí uma das
razões para se adicionar Mn no aço: a adição de Mn em quantidade
adequada resulta na formação do MnS, de ponto de fusão mais alto, que
precipita a temperaturas mais elevadas.
Inclusões de sulfeto de
manganês nos aços. MEV,
1000X.
(a) Tipo I;
(b) Tipo II;
(c) Tipo III.
(a) Tipo I: Globular, formada somente quando oxigênio está
presente no banho, por exemplo, em aços efervescentes.
(b) Tipo II: Forma eutética interdendrítica, familiar nos aços
acalmados.
(c) Tipo III: Partículas angulares aleatórias, encontradas em
aços completamente desoxidados.
Inclusão de sulfeto de manganês.
GESFRAM.
Inclusões de sulfeto de manganês 
(500X) e de silicatos (1.000X) em 
aço. MO.
Grande inclusão não metálica de óxido em aço fundido, temperado e
revenido. A inclusão não é composta por uma única fase: há pequenas
partículas que parecem metal preso na inclusão e outras partículas mais
escuras , que deram origem a cometas no polimento da inclusão.
Precipitado de TiN em uma amostra de aço
ferrita-bainita do tipo DP-780. MEV.
GESFRAM.
Microestrutura (MO) de um aço IF,
mostrando grãos de ferrita e precipitados
de TiN. GESFRAM.
Efeito da quantidade de enxofre na tenacidade à fratura de um aço 4345
endurecido e revenido a diversos níveis de resistência mecânica.
Efeito de partículas de segunda fase na ductilidade do aço.
Gladman et al. (1971).
Fragilização intergranular de uma liga
Fe-0,26%P após manutenção a 500oC.
Fragilização ao revenido de um aço
4,5Ni-1,5Cr-0,3C fraturado a 77K.
Elementos que segregam nos contornos de grãos do ferro.Fragilização intergranular:
a) Segregação de átomos de soluto
preferencialmente em contornos de
grãos.
b) Distribuição de partículas de
segunda fase nos contornos de
grãos.
Interação entre elementos segregantes Sn,
Sb e P com NI em contornos de grãos de
aços Ni-Cr de mesma dureza e tamanho de
grão. MacMahon, 1976.
Efeito das concentrações de Sn, Sb e P na
ductilidade de aços Ni-Cr de mesma dureza
e tamanho de grão. MacMahon, 1976.
Alguns elementos segregantes interagem com elementos de liga metálicos nos aços.
Essas interações levam a uma co-segregação de elemento de liga e impurezas nos
contornos de grãos, resultando no enfraquecimento da coesão entre os átomos.
Gancho de aço moldado, mostrando
vazios e porosidades.
Influência de segregação sobre a resistência de um
trilho. A trinca acompanha a região onde as impurezas
se agruparam. Fora destas zonas o material apresenta
razoável homogeneidade.
Vazios, porosidades, segregação
Defeitos do tipo trinca central e trinca frontal em produtos de lingotamento contínuo. Estas trincas
são formadas pela contração brusca na etapa de solidificação do produto lingotado dentro do molde.
Devem ser removidos por escarfagem ou por corte a gás.
Defeito de lingotamento contínuo - superficial
Defeitos do tipo trinca estrela (fissura ramificada) em produtos de lingotamento contínuo. A presença
de óxidos muito finos de Mn e de Si é notada, indicando uma oxidação do aço líquido. Também é
comum a presença de partículas de Cu, oriundo de fusão da camada superficial do molde, com
consequente fragilização de contornos de grãos da austenita e gerando a trinca. Considera-se também a
contaminação com pó fluxante como causadora desta trinca.
Defeito de lingotamento contínuo - superficial
Defeitos do tipo trinca longitudinal em placas e tarugos redondos. É um dos defeitos superficiais mais
comuns, cuja origem está relacionada à lubrificação no molde que causa rupturas na pele solidificada.
Defeito de lingotamento contínuo - superficial
Representação esquemática do defeito do tipo trincas de quina em produtos lingotados, e a formação de borda
serrilhada durante a laminação a quente de chapas de aço. As trincas se formam durante o desdobramento da placa no
lingotamento. Este fato está ligado à formação de nitretos de Nb,V ou Al nos contornos de grãos da austenita, o que
causa um poço de ductilidade entre, aproximadamente, 700oC e 900oC. Quando a temperatura da quina da placa, na
região de desdobramento, está abaixo de 900oC, são geradas as trincas de quina.
Defeito de lingotamento contínuo - superficial
Exemplos de macrossegregação central em uma placa de 250mm de espessura e em uma chapa grossa
de 13mm de espessura. Este tipo de defeito aparece na última região a solidificar da placa, ou seja, em
seu centro. O defeito ocorre devido à concentração excessiva de certos elementos químicos no final da
solidificação, em razão de sua menor solubilidade no estado sólido em relação ao estado líquido.
Defeito de lingotamento contínuo - interno
Representação esquemática do processo de formação da trinca central, e exemplos de casos reais em
placas lingotadas. Corresponde na verdade a um vazio no interior da placa, devido à contração do
metal. Este defeito está localizado na última região a se solidificar. O defeito é causado principalmente
pelo desalinhamento, empeno ou desgaste dos rolos próximo ao ponto final de solidificação.
Defeito de lingotamento contínuo - interno
Ondulação: defeito nas laterais devido a
resfriamento diferenciado entre lateral e
centro da chapa ou flexão dos cilindros
de laminação.
Zipper: defeito no centro de chapas
devido a baixa ductilidade do metal,
acoplado a flexão dos cilindros de
laminação.
Trinca de borda: defeito de lateral da
chapa devido a baixa ductilidade e/ou
temperatura diferenciada entre lateral e
centro da chapa.
Boca de jacaré: Defeito de ponta em função
do resfriamento nestes partes da peça sendo
deformada. Acontece também na laminação
de longos. É eliminado através descarte de
pontas.
Fonte: Fundamentos de Conformação Mecânica dos Metais, Francisco Boratto, 2011.
Defeito de laminação de planos
Fonte: Fundamentos de Conformação Mecânica dos Metais, Francisco Boratto, 2011.
Dobra: defeito gerado por excesso de material na “luz” entre os cilindros, que é
rebatida em cilindro posterior. Em seção transversal aparece com angulação
diferente de 90º com relação a superfície do metal.
Trinca: defeito que acontece durante a
solidificação e que aparece posteriormente na
laminação. Normalmente aflora a 90º com a
superfície.
Dobra de laminação. a) aparência
macroscópica; b) corte transversal.
Metalografia transversal mostrando “trincas”.
Defeito de laminação de planos
Fonte: Fundamentos de Conformação Mecânica dos Metais, Francisco Boratto, 2011.
Canal quebrado: defeito que aparece de maneira periódica na
superfície da peça sendo laminada e que é resultante de
lascamento na superfície do cilindro. Frequentemente
aparece uma trinca no fundo da impressão, conforme
ilustrado na foto.
Metalografia transversal mostrando “canal quebrado”.
Porosidade central: defeito que acontece durante a
solidificação e que pode aparecer posteriormente
na laminação, caso os parâmetros desta laminação
estiverem inadequados.
Exemplo de porosidade central em dois passes
intermediários de uma laminação de fio-
máquina.
Defeito de laminação de planos
Fonte: Fundamentos de Conformação Mecânica dos Metais, Francisco Boratto, 2011.
Descarbonetação: perda de carbono no forno de reaquecimento em função de
excesso de tempo de reaquecimento, agravada pela temperatura e atmosfera
não adequadas. Pode acontecer também durante a laminação ou no
resfriamento pós laminação.
Descarbonetação. a) Tipo 1 (total); b) Tipo 2 (parcial).
Defeito de laminação de planos
Trincas em carbonetos de aço inoxidável martensítico, devido a excessiva
deformação plástica a frio. MO.
Trincas e vazios em região de solda de manutenção em eixo de correia
transportadora de minério. MO. GESFRAM.
Defeitos em junta soldada
(a) Presença de trincas acompanhando as (b) inclusões tipo sulfeto na zona termicamente afetada de
uma solda.
Defeitos em junta soldada
Defeitos em junta soldada
Rasgamento lamelar próximo a uma solda, seguindo o alinhamento de
inclusões de sulfeto de manganês.
Representação esquemática das características microestruturais de materiais metálicos.
Fonte: Ernandes Rizzo, ABM, 2007.
A Microestrutura dos Materiais
Representação 
esquemática das 
características 
microestruturais dos 
materiais. 
A
Microestrutura
dos
Materiais
Classificação das 
microestruturas em função da 
forma (morfologia) e da 
distribuição das fases presentes. 
A
Microestrutura
dos
Materiais
• A.F.Padilha: Materiais de Engenharia – Microestrutura e Propriedades,
Hemus, 2000.
• W.D.Callister e D.G.Rethwisch: Ciência & Engenharia de Materiais, 8a
Edição, GEN/LTC, 2012
• R.E. Reed-Hill, R,Abbashian, L.Abbashian : Physical Metallurgy
Principles, 4th Edition, Cengage Learning, 2009.
• R.E.Smallman e A.H.W.Ngan: Physical Metallurgy and Advanced
Materials, Elsevier, 2007.
• G.E.Dieter : Mechanical Metallurgy, 3rd Edition, McGraw-Hill Book Co.,
1988.
• M.A.Meyers & K.K.Chawla : Mechanical Behavior of Materials, 2nd
Edition, Cambridge University Press, 2009.
• J.P.Bailon e J.M.Dorlot: Des Materiaux, 3th Edition, École Polytechnique
de Montréal, 2000.
Bibliografia

Outros materiais