Cap. 4 - Exame ligas

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CAPÍTULO 4b
EXAME FÍSICO DE METAIS E LIGAS
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METALOGRAFIA
Microscópio óptico(amostras até 1000X)
 iluminador(para iluminar a superfície);
 objetiva(para resolver a abertura); e
 ocular(para aumentar a imagem formada pela
 objetiva).
Finalidades: arranjo e tamanho de grãos;
 distribuição de fases;
 resultados de deformação plástica; 
 existência de impurezas e trincas; e
 porosidade
 
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METALOGRAFIA
A preparação das amostras é realizada por corte metalográfico, embutimento em resina termorrígida(baquelite, resina fenólica) ou em resina termoplástica, lixamento, polimento e, quando necessário, tratamento térmico ou ataque químico.
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METALOGRAFIA
Influência da temperatura
 Microscópio com câmara quente;
 Emprego de vácuo/atmosfera inerte.
Microscópio com contraste de fases (precipitação, deformação, maclas)
Microscopia com luz polarizada (deformação, maclas, subgrãos)
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DIFRAÇÃO DE RX / NÊUTRONS
A difração de RX é um fenômeno observado 
 quando fótons de raios X são espalhados 
 coerentemente, ou seja, em fase e com a mesma energia, segundo a lei de Bragg.
Os raios X são espalhados em todas as direções, mas existe uma direção em que o feixe incidente e o feixe difratado estão defasados de um número inteiro de comprimento de onda.
A lei de Bragg descreve a condição geométrica para que haja difração do raio X incidente:
 nλ = 2.d.senΘ
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DIFRAÇÃO DE RX / NÊUTRONS
Observação de:
parâmetros de rede;
tipos de estrutura;
arranjos de átomos no cristal;
imperfeições;
orientação, subgrãos e tamanho de grão;
tamanho e densidade de precipitados;
estado de distorção da rede.
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DIFRAÇÃO DE RX / NÊUTRONS
Deformação: aumento da variação do espaçamento interplanar Δa para um intervalo Δ
Técnicas: 
 método do pó;
 observação direta de RX;
 rede recíproca e esfera de difração de Ewald;
 topografia de RX.
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DIFRAÇÃO – LEI DE BRAGG
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DIFRAÇÃO – LEI DE BRAGG
A difração ocorre quando a onda encontra uma 
série de obstáculos regularmente separados que :
 são capazes de dispersar a onda;
 possuem espaçamentos comparáveis em magnitude ao comprimento de onda.
A difração é uma conseqüência de relações 
de fases específicas estabelecidas entre duas ou
mais ondas,que foram dispersas pelos obstáculos.
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DIFRAÇÃO – LEI DE BRAGG
Feixe coerente( em fase)
 monocromático(colimado)
 paralelo
 Interferência construtiva
 Planos com mesmos índices h k l 
 n.λ = 2dhkl..senΘ
 
 sendo dhkl = a/[ h2 + k2 + l2 ]1/2 
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DIFRAÇÃO – LEI DE BRAGG
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DIFRAÇÃO – LEI DE BRAGG
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DIFRAÇÃO – LEI DE BRAGG
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DIFRAÇÃO – LEI DE BRAGG
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DIFRAÇÃO – LEI DE BRAGG
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EXEMPLO
Para o ferro com estrutura cristalina C.C.C.,
 calcule:
 a) o espaçamento interplanar;
 b) o ângulo de difração para o conjunto 
 de planos ( 2 2 0 ).
Parâmetro de rede para o ferro = 0,2866 nm
Radiação monocromática λ = 0,1790 nm
Ordem de reflexão = 1
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SOLUÇÃO DO EXEMPLO
Espaçamento interplanar
 dhkl = a / [ h2 + k2 + l2 ]
 dhkl = 0,2866 nm / [ 22 + 22 + 0 ]
 dhkl = 0,1013 nm
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SOLUÇÃO DO EXEMPLO
Valor do ângulo Θ
 n.λ = 2.d.senΘ
 senΘ = n.λ / 2.dhkl
 senΘ = (1).(0,1790 nm) / (2.0,1013 nm)
 Θ = 62,13° ou 2Θ = 124,26°
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DIFRAÇÃO – LEI DE BRAGG
William Henry Bragg(1862-1942) – Nobel em 1915, juntamente com seu filho William Lawrence Bragg(1890-1971), aos 25 anos, pelos trabalhos relativos a difração de R X e estrutura cristalina.
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Microscopia eletrônica
Microscopia eletrônica de transmissão - MET 
Transmission electron microscopy -TEM
 limitada a espessuras de 50-500 μm;
 possibilidade de observação de pequenos detalhes morfológicos, de padrões de difração provenientes da estrutura cristalina dos materiais e da análise de defeitos internos;
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Microscopia eletrônica
Microscopia eletrônica de varredura - MEV
Scanning electron microscopy (SEM)
 estudo superficial;
 informações sobre o número atômico; 
 informações químicas em áreas 
 micrométricas;
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Microscopia eletrônica
Microscopia eletrônica de alta voltagem(MEAV)
High-voltage electron microscopy (HVEM)
Microscopia eletrônica de transmissão varredura (METV)
Scanning transmission electron microscopy
 (STEM)
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MICROANÁLISE
Espectroscopia por energia dispersiva(EDS)
Espalhamento inelástico
Espectroscopia Auger
Espectroscopia por comprimento de onda dispersivo(WDX)
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MICROANÁLISE
Espectroscopia por energia dispersiva (EDS):
 utiliza um detetor de silício dopado com lítio. Os fótons de energia correspondentes a todo o espectro de R X atingem o detetor e o sinal recebido é processado com a análise de todos os comprimentos de onda, simultaneamente. 
O limite de deteção é de 2000 a 5000 ppm. O tempo de análise varia de 30 segundos a 5 minutos.
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PROPRIEDADES MECÂNICAS
Teste de tração - convencional
 - real
 
Propriedades que podem ser obtidas
 módulo de elasticidade
 resiliência
 tenacidade
 coeficiente de Poisson
 limite de proporcionalidade/elasticidade
 tensão máxima/tensão de fratura
 tenacidade/resiliência
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PROPRIEDADES MECÂNICAS
Valores reais : σr = k.εrn
 n = coeficiente de encruamento
 k = coeficiente de resistência
Instabilidade plástica [dF = 0 ] F = σ.S
Volume constante [dV = 0 ]
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PROPRIEDADES MECÂNICAS
dF = S.dσ + σ.dS = 0 dσ/σ = - dS/S 
dV = constante [ dV = 0 ]
 dV = d[L.S] = S.dL + L.dS = 0 dL/L = - dS/S 
Logo : dσ/σ = dL/L = - dS/S 
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PROPRIEDADES MECÂNICAS
Alternativamente :
 σr = k.εrn = dσ/dεr = n.k.εn-1
 Logo : k.εr = n.k. εn-1 εr = n 
O coeficiente de encruamento é igual à 
deformação no ponto de carga máxima.
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PROPRIEDADES MECÂNICAS
Testes de dureza Brinell
 Vickers
 Rockwell
Testes de impacto Charpy transição
 Izod dúctil-frágil
Fluência / Fadiga / Fratura
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PROPRIEDADES FÍSICAS
Massa específica (1/ρ=volume específico)
Determinação da massa específica (R X) 
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PROPRIEDADES TÉRMICAS, ELÉTRICAS E MAGNÉTICAS
Dilatometria / Calor específico
 Metais – dilatação na fusão ( ~ 3% )
 Exceções : bismuto, antimônio, gálio.
Calor específico: dQ = Cp.dT
Condutividade elétrica: R = ρ.ℓ/A
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PROPRIEDADES TÉRMICAS, ELÉTRICAS E MAGNÉTICAS
Campo induzido : B = H + 4.I
 em que I = intensidade de magnetização;
 H = campo magnético
Susceptibilidade magnética : K = I / H
 K < 0 : materiais diamagnéticos (Cu, Ag, Bi)
 K > 0 : atraídos pelo campo magnético
 K >> ferromagnéticos
 K > paramagnéticos
 Ferromagnéticos à temperatura ambiente : Fe, Co,
 Ni, Gd.