Mecanismos de Aumento de Resistência

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A deformação plástica de um material policristalino corresponde à distorção de grãos individuais devido ao escorregamento.
Os contornos dos grãos geralmente não se separam ou se abrem. Cada grão individual está restrito, em certo grau, à forma que ele pode assumir devido aos seus grãos vizinhos.
Metal policristalino deformado plasticamente
Deformação plástica de materiais policristalinos
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Deformação por maclação
Além do escorregamento, a deformação plástica em alguns materiais metálicos pode ocorrer pela formação de maclas de deformação ou maclação ("twinning"). 
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Maclação ocorre em um definido plano cristalográfico e em uma direção específica que depende da estrutura cristalina.
As maclas de deformação ocorrem em metais que têm estruturas cristalinas CCC e HC, a baixas temperaturas, e altas taxas de carregamento (cargas de impacto), condições nas quais está restrito o processo de escorregamento; 
isto é, existem poucos sistemas de escorregamento operáveis. 
A quantidade de deformação plástica a partir da maclação é normalmente pequena relativamente àquela resultante a partir do escorregamento.
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Mecanismos do aumento de resistência em metais
A habilidade de um metal para se deformar plasticamente depende da habilidade das discordâncias se moverem.
Quanto mais fácil o movimento das discordâncias, maior a facilidade do material se deformar, portanto mais macio e fraco.
Técnicas para o aumento da resistência seguem o princípio:
Restringir ou impedir o movimento de discordâncias confere maior dureza e mais resistência a um material.
Redução no tamanho de grão, formação de ligas por solução sólida e encruamento.
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Aumento de resistência pela redução no tamanho de grão
Durante a deformação plástica, o escorregamento deve acontecer através desse contorno comum, digamos, do grão A para o grão B.
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O contorno do grão atua como uma barreira ao movimento das discordâncias por dois motivos:
 Os dois grãos possuem orientações diferentes, portanto para uma discordância passar para dentro do grão B, ela terá que alterar sua direção de movimento; isso se torna mais difícil à medida que a diferença na orientação cristalográfica aumenta.
 A desordem atômica no interior de uma região de contorno de grão irá resultar em uma descontinuidade de planos de escorregamento de um grão para dentro do outro.
Um material com granulação fina (grãos pequenos) é mais duro e mais resistente do que um material com granulação grosseira.
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Equação de Hall – Petch:
e = limite de escoamento
d=diâmetro médio de grão
0 e ke = constantes para cada material
 Liga de latão com composição 70 Cu-30 Zn
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Contornos de grão de baixo ângulo não são efetivos em interferir com o processo de escorregamento por causa do pequeno desalinhamento cristalográfico através do contorno. 
Por outro lado, contornos de macla efetivamente irão bloquear o escorregamento e aumentar a resistência do material.
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Aumento de resistência por solução sólida
Formação de ligas com átomos de impurezas (substitucional ou intersticial)
Ligas cobre-níquel
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As ligas são mais resistentes do que os metais puros: as impurezas impõem deformações da rede cristalina sobre os átomos hospedeiros vizinhos. 
Interações do campo de deformação da rede cristalina entre as discordâncias e esses átomos de impureza resultam, e o movimento das discordâncias é restringido.
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Encruamento
Fenômeno pelo qual um metal dúctil se torna mais duro e mais resistente quando ele é submetido a uma deformação plástica; também chamado de endurecimento por trabalho a frio.
Percentual de trabalho a frio (%TF):
A0= área original da seção reta;
Ad= área depois da deformação
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Explicação para o fenômeno do encruamento:
A densidade de discordâncias aumenta com a deformação, devido à formação de novas discordâncias.
Conseqüentemente, a distância média da separação entre as discordâncias diminui, elas ficam mais próximas umas das outras.
O resultado líquido é tal que o movimento de uma discordância é dificultado pela presença de outras discordâncias.
A tensão imposta para deformar um metal, aumenta com o aumento do trabalho a frio.
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ENCRUAMENTO E MICROESTRUTURA
Antes da deformação
Depois da deformação
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VARIAÇÃO DAS PROPRIEDADES MECÂNICAS EM FUNÇÃO DO ENCRUAMENTO
O encruamento aumenta a resistência mecânica
O encruamento aumenta o limite de escoamento
O encruamento diminui a ductilidade
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Efeitos do encruamento sobre as características mecânicas de alguns metais 
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Recozimento
As propriedades e a estrutura do metal alteradas pelo trabalho a frio podem ser recuperadas ou devolvidas ao estado anterior ao encruamento mediante um tratamento térmico de recristalização ou “recozimento”.
Com isso a elevada energia interna do encruamento tende a desaparecer e o metal tende a voltar a condição anterior.
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O processo de recozimento
Três etapas:
Recuperação
Recristalização
Crescimento de grão
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RECUPERAÇÃO
Uma parte da energia de deformação interna armazenada é liberada devido ao movimento das discordâncias resultante de uma melhor difusão atômica a temperatura mais elevada;
Nesta etapa há uma redução do número de discordâncias e um rearranjo das mesmas
Propriedades físicas como condutividade térmica e elétrica voltam ao seu estado original (correspondente ao material não-deformado)
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RECRISTALIZAÇÃO
Depois da recuperação, os grão ainda estão em um estado de energia de deformação relativamente elevado
A recristalização é o processo de formação de um novo conjunto de grãos livres de deformação e equiaxiais
O número de discordâncias reduz mais ainda
Os novos grãos se formam como núcleos muito pequenos
As propriedades mecânicas voltam ao seu estado original
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(a) 33% TF de latão
(b) Estágio inicial de recristalização (3 s a 580ºC)
(c) 4 s a 580ºC
(d) Recristalização completa (8 s a 580ºC)
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A recristalização é um processo que depende do tempo e da temperatura
Liga de latão para um tempo de duração do tratamento térmico de 1h
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Temperatura de recristalização
Temperatura na qual a recristalização atinge o seu término em exatamente 1h.
Tipicamente, ela se encontra entre um terço e metade da temperatura absoluta de fusão do metal ou liga. Aumentando o trabalho a frio, a temperatura de recristalização diminui.
Variação da temperatura de recristalização em função da porcentagem de trabalho a frio para o ferro
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CRESCIMENTO DE GRÃO
Após o fim da recristalização, os grãos livres de deformação continuarão a crescer se o material for deixado a uma temperatura elevada.
Esse fenômeno é chamado de crescimento de grão
(e) Após 15 min a 580ºC
(f) Após 10 min a 700ºC
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O crescimento de grão ocorre pela migração de contornos de grão. Os grãos maiores crescem à custa dos grãos menores. 
O tamanho médio do grão aumenta ao longo do tempo. O movimento dos contornos consiste simplesmente na difusão dos átomos em pequena escala de um lado do contorno de um grão para o outro.
Uma energia está associada aos contornos de grão. À medida que os grãos crescem em tamanho, a área total de contornos decresce, fornecendo uma redução na energia total; esta é a força motriz para o crescimento de grão.
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Dependência do tamanho de grão em relação ao tempo e à temperatura: 
Gráfico do logaritmo do tamanho de grão em função do logaritmo do tempo para uma liga de latão em várias temperaturas.
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Deformação a QUENTE
Costuma-se distinguir o “trabalho mecânico a frio” do “trabalho mecânico a quente” pela “temperatura de recristalização”.
Temperatura na qual a recristalização atinge o seu término em exatamente 1h.
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TRABALHO A QUENTE
Sendoo trabalho a quente realizado acima da temperatura de recristalização, os fenômenos de aumento de dureza devido a deformação e amolecimento, devido ao recozimento, ocorrem simultaneamente.
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DEFORMAÇÃO A QUENTE
		VANTAGENS
Permite o emprego de menor esforço mecânico para a mesma deformação (necessita-se então de máquinas de menor capacidade se comparado com o trabalho a frio);
São possíveis grandes deformações.
		DESVANTAGENS:
Exige ferramental de boa resistência ao calor, o que implica em custo;
O material sofre maior oxidação, formando casca de óxidos (perda do material e acabamento ruim).