CM - discordancias e deformacoes

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PROPRIEDADES DOS METAIS 
DEFORMADOS PLASTICAMENTE 
A capacidade de um material se deformar plasticamente 
está relacionado com a habilidade das discordâncias se 
movimentarem 
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PROPRIEDADES DOS METAIS 
DEFORMADOS PLASTICAMENTE 
n  REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS: 
n  CALLISTER = cap 4 e 7 
n  VAN VLACK=cap. 4 
n  HIGGINS =cap. 5, 6 e 16 
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Discordâncias  e  Mecanismos  de  
Aumento  de  Resistência 
- Conceitos básicos: características das 
discordâncias, sistemas de escorregamento 
- Aumento da resistência por diminuição do 
tamanho de grão 
- Aumento da resistência por solução sólida 
- Encruamento, recuperação, recristalização e 
crescimento de grão 
 
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DEFORMAÇÃO PLÁSTICA 
n  Os materiais podem ser solicitados por tensões 
de compressão, tração ou de cisalhamento. 
n  Como a maioria dos metais são menos 
resistentes ao cisalhamento que à tração e 
compressão e como estes últimos podem 
ser decompostos em componentes de 
cisalhamento, pode-se dizer que os metais 
se deformam pelo cisalhamento plástico ou 
pelo escorregamento de um plano cristalino 
em relação ao outro. 
n  O escorregamento de planos atômicos envolve o 
movimento de discordâncias 
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DISCORDÂNCIAS E 
DEFORMAÇÃO PLÁSTICA 
n  Em uma escala microscópica a deformação plástica é o 
resultado do movimento dos átomos devido à tensão 
aplicada. Durante este processo ligações são 
quebradas e outras refeitas. 
n  Nos sólidos cristalinos a deformação plástica geralmente 
envolve o escorregamento de planos atômicos, o 
movimento de discordâncias e a formação de maclas 
n  Então, a formação e movimento das discordâncias 
têm papel fundamental para o aumento da 
resistência mecânica em muitos materiais. 
A resistência Mecânica pode ser aumentada 
restringindo-se o movimento das discordâncias 
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MOVIMENTO DE DISCORDÂNCIAS 
E A DEFORMAÇÃO PLÁSTICA 
n  Discordâncias em cunha 
movem-se devido à aplicação 
de uma tensão de 
cisalhamento perpendicular à 
linha de discordância 
n  O movimento das 
discordâncias pode parar na 
superfície do material, no 
contorno de grão ou num 
precipitado ou outro 
defeito 
n  A deformação plástica 
corresponde à deformação 
permanente que resulta 
principalmente do movimento 
de discordâncias (em cunha 
ou em hélice) 
n  vem 
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MOVIMENTO DE DISCORDÂNCIAS 
Plano de escorregamento 
Direção de escorregamento 
Uma distância 
interatômica 
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MOVIMENTO DE DISCORDÂNCIAS 
EM CUNHA E EM HÉLICE 
n  vem 
Fonte: Prof. Sidnei/ DCMM/PUCRJ 
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DENSIDADES DE 
DISCORDÂNCIAS TÍPICAS 
n  Materiais solidificados lentamente = 103 
 discord./
mm2 
n  Materiais deformados= 109 -1010 discord./mm2 
n  Materiais deformados e tratados termicamente= 
105 -106 discord./mm2 
n  vem 
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CARACTERÍSTICAS DAS 
DISCORDÂNCIAS IMPORTANTES PARA 
AS PROP. MECÂNICAS 
n  Quando os metais são 
deformados plasticamente cerca 
de 5% da energia é retida 
internamente, o restante é 
dissipado na forma de calor. 
n  A maior parte desta energia 
armazenada está associada 
com as tensões associadas às 
discordâncias 
n  A presença de discordâncias 
promove uma distorção da rede 
cristalina de modo que certas 
regiões sofrem tensões 
compressivas e outras tensões 
de tração. 
n  vem 
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INTERAÇÃO DE 
DISCORDÂNCIAS 
n  ATRAÇÃO n  REPULSÃO 
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MOVIMENTO DE DISCORDÂNCIAS EM 
MONOCRISTAIS 
n  Durante a deformação 
plástica o número de 
discordâncias aumenta 
drasticamente 
n  As discordâncias movem-
se mais facilmente nos 
planos de maior densidade 
atômica (chamados planos 
de escorregamento). 
Neste caso, a energia 
necessária para mover 
uma discordância é 
mínima 
n  Então, o número de planos 
nos quais pode ocorrer o 
escorregamento depende 
da estrutura cristalina 
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Planos e direções de deslizamento 
das discordâncias 
n  Sistemas de delizamento:conjunto de planos e 
direções de maior densidade atômica 
 
n  CFC: {111}<110> (mínimo 12 sistemas) 
n  CCC: {110}<111> (mínimo 12 sistemas) 
n  HC: apresenta poucos sistemas de 
deslizamento (3 ou 6) por isso os metais 
que cristalizam nesta estrutura são 
frágeis 
 PARA ALGUNS MATERIAIS COM ESTRUTURAS CCC E HC O 
ESCORREGAMENTO DE ALGUNS PLANOS SÓ SE TORNAM 
OPERATIVOS A ALTAS TEMPERATURAS 
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CFC: {111}<110> 
(mínimo 12 sistemas de 
escorregamento) 
Planos: {111}= 4 
Direções: 3 para cada plano 
 
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Maclas 
n  Discordâncias não é o único defeito 
cristalino responsável pela 
deformação plástica, maclas 
também contribuem. 
n  Deformação em materiais cfc, como 
o cobre, é comum ocorrer por 
maclação 
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Mecanismos de aumento de 
resistência dos metais 
n  Aumento da resistência por adição de elemento 
de liga (formação de solução sólida ou 
precipitação de fases) 
n  Aumento da resistência por redução do tamanho 
de grão 
n  Aumento da resistência por encruamento 
n  Aumento da resistência por tratamento térmico 
(transformação de fase): será visto 
posteriormente 
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INTERAÇÃO DE DISCORDÂNCIAS 
EM SOLUÇÕES SÓLIDAS 
Quando um átomo de uma impureza esta presente, 
o movimento da discordância fica restringido, ou seja, 
deve-se fornecer energia adicional para que continue 
havendo escorregamento. Por isso soluções sólidas 
 de metais são sempre mais resistentes que seus 
 metais puros constituintes 
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DEFORMAÇÃO PLÁSTICA EM 
MATERIAIS POLICRISTALINOS 
O contorno de grão 
interfere no 
movimento das 
discordâncias 
n  Devido as diferentes 
orientações cristalinas 
presentes, resultantes 
do grande número de 
grãos, as direções 
de escorregamento 
das discordâncias 
variam de grão 
para grão 
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Aumento da resistência por 
diminuição do tamanho de grão 
n  O contorno de grão funciona como 
um barreira para a continuação do 
movimento das discordâncias devido 
as diferentes orientações presentes 
e também devido às inúmeras 
descontinuidades presentesno 
contorno de grão. 
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Dependência da tensão de 
escoamento com o tamanho de grão 
n  σesc= σo + Ke (d)-1/2 
n  Equação de Hall-Petch 
n  σo e Ke são constantes 
n  d= tamanho de grão 
n  Essa equação não é válida para 
grãos muito grosseiros ou muito 
pequenos 
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ENCRUAMENTO OU ENDURECIMENTO 
PELA DEFORMAÇÃO À FRIO 
n  É o fenômeno no qual um material endurece 
devido à deformação plástica (realizado 
pelo trabalho à frio) 
n  Esse endurecimento dá-se devido ao 
aumento de discordâncias e imperfeições 
promovidas pela deformação, que impedem 
o escorregamento dos planos atômicos 
n  A medida que se aumenta o encruamento maior 
é a força necessária para produzir uma maior 
deformação 
n  O encruamento pode ser removido por 
tratamento térmico (recristalização) 
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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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ENCRUAMENTO E 
MICROESTRUTURA 
n  Antes da 
deformação 
n  Depois da 
deformação 
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RECRISTALIZAÇÃO 
(Processo de Recozimento para 
Recristalização) 
n  Se os metais deformados 
plasticamente forem submetidos ao 
um aquecimento controlado, este 
aquecimento fará com que haja um 
rearranjo dos cristais deformados 
plasticamente, diminuindo a dureza 
dos mesmos 
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MECANISMO QUE OCORRE NO 
AQUECIMENTO DE UM MATERIAL 
ENCRUADO 
ESTÁGIOS: 
 
n  Recuperação 
n  Recristalização 
n  Crescimento de grão 
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MECANISMO QUE OCORRE NO 
AQUECIMENTO DE UM MATERIAL 
ENCRUADO 
Ex: Latão 
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RECUPERAÇÃO 
n  Há um alívio das tensões internas 
armazenadas durante a deformação 
devido ao movimento das discordâncias 
resultante da difusão atômica 
n  Nesta etapa há uma redução do número 
de discordâncias e um rearranjo das 
mesmas 
n  Propriedades físicas como condutividade 
térmica e elétrica voltam ao seu estado 
original (correspondente ao material não-
deformado) 
 
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RECRISTALIZAÇÃO 
n  Depois da recuperação, os grãos ainda 
estão tensionados 
n  Na recristalização os grão se tornam 
novamente equiaxiais (dimensões iguais 
em todas as direções) 
n  O número de discordâncias reduz mais 
ainda 
n  As propriedades mecânicas voltam ao seu 
estado original 
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CRESCIMENTO DE GRÃO 
n  Depois da recristalização se o 
material permanecer por mais 
tempo em temperaturas elevadas o 
grão continuará à crescer 
n  Em geral, quanto maior o tamanho 
de grão mais mole é o material e 
menor é sua resistência 
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TEMPERATURAS DE 
RECRISTALIZAÇÃO 
n  A temperatura de recristalização é 
dependente do tempo 
n  A temperatura de recristalização 
está entre 1/3 e ½ da temperatura 
de fusão 
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TEMPERATURAS DE 
RECRISTALIZAÇÃO 
n  Chumbo - 4°C 
n  Estanho - 4°C 
n  Zinco 10°C 
n  Alumínio de alta pureza 80°C 
n  Cobre de alta pureza 120°C 
n  Latão 60-40 475°C 
n  Níquel 370°C 
n  Ferro 450°C 
n  Tungstênio 1200°C 
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DEFORMAÇÃO À QUENTE E 
DEFORMAÇÃO À FRIO 
n  Deformação à quente: quando a 
deformação ou trabalho mecânico é 
realizado acima da temperatura de 
recristalização do material 
n  Deformação à frio: quando a 
deformação ou trabalho mecânico é 
realizado abaixo da temperatura de 
recristalização do material 
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DEFORMAÇÃO À 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). 
•  Promove o refinamento da estrutura do material, melhorando a 
tenacidade 
•  Elimina porosidades 
•  Deforma profundamente devido a recristalização 
 DESVANTAGENS: 
•  Exige ferramental de boa resistência ao calor, o que implica em 
custo 
•  O material sofre maior oxidação, formando casca de óxidos 
•  Não permite a obtenção de dimensões dentro de tolerâncias estreitas 
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DEFORMAÇÃO À FRIO 
•  Aumenta a dureza e a resistência dos materiais, 
mas a ductilidade diminui 
•  Permite a obtenção de dimensões dentro de 
tolerâncias estreitas 
•  Produz melhor acabamento superficial 
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VARIAÇÃO  DAS  PROPRIEDADES  EM  
FUNÇÃO  DO  ENCRUAMENTO