AULA 05 2018 - CIÊNCIA DOS MATERIAIS_UnB ENC

Prévia do material em texto

Ciência dos Materiais
João Henrique da Silva Rêgo
Doutor em Estruturas e Materiais de Construção
Universidade de Brasília – UnB
Faculdade de Tecnologia – FT
Departamento de Engenharia Civil e Ambiental – ENC
Engenharia AMBIENTAL
1
Aula 05
Defeitos e Imperfeições
_____________________________ C i ê n c i a d o s M a t e r i a i s
F A C U L D A D E D E T E C N O L O G I A - U n B | E N G E N H A R I A A M B I E N T A L | P r o f. João Henrique da Silva Rêgo
2
Introdução: Defeitos e Imperfeições
Por que estudar imperfeições nos Sólidos???
As propriedades de alguns materiais são profundamente influenciadas pela presença de imperfeições.
- Interferem significativamente em seus comportamentos globais
Todos materiais contêm imperfeições nos seus arranjos atômico 
“ Sólido Ideal Não Existe!”
3
IMPERFEIÇÕES NOS CRISTAIS
Imperfeições nos Cristais
DEFEITO É UMA IMPERFEIÇÃO OU UM “ERRO” NO ARRANJO PERIÓDICO REGULAR EM UM CRISTAL
PODEM ENVOLVER UMA IRREGULARIDADE:
 NA POSIÇÃO DOS ÁTOMOS;
 NO TIPO DE ÁTOMOS.
5
Imperfeições nos Cristais
Tipos de imperfeições:
Defeitos pontuais;
Defeitos de linha ou discordâncias;
Defeitos de superfícies ou planares.
6
Imperfeições no Cristais
Defeitos pontuais
Caracterizados por descontinuidades localizadas que se formam no reticulado cristalino envolvendo um ou vários átomos;
Decorrentes do movimento atômico
Aquecimento do cristal;
Impurezas;
Criados intencionalmente através de ligas.
7
Imperfeições no Cristais
Defeitos pontuais - Classificação:
Vazios (lacunas)
Falta de um ou mais átomos do reticulado;
Defeitos intersticiais
Átomos de soluto inseridos nos interstícios entre os átomos dos solventes;
Soluções sólidas interstíciais.
Defeitos substitucionais
Átomos do soluto substitui átomos de solvente do reticulado
Soluções sólidas substitucionais.				(CONT.)
8
Imperfeições no Cristais
Defeitos pontuais – Classificação (CONT.)
Defeito de Frenkel
Íon se desloca de sua posição original no reticulado para ocupar um interstício no cristal, deixando vazia a sua posição original.
Defeito de Schottly
Vazio gerado não pela saída de um átomo, mas sim pela ausência de um par de íons de cargas elétricas opostas.
9
Defeitos Pontuais
10
Imperfeições nos Cristais
Defeitos Lineares – Discordâncias
Defeitos lineares ou unidimensional em torno do qual alguns átomos estão desalinhados;
Tipos principais de discordâncias:
Discordância em Cunha ou Aresta;
Discordância Helicoidal ou Em Espiral.
11
Imperfeições nos Cristais
Discordância em Cunha ou Aresta;
Ocorrência de um meio-plano extra de átomos inserido entre planos de átomos em um cristal;
Originada quando há uma pequena diferença de orientação de partes adjacentes do cristal em crescimento, podendo um plano extra ser introduzido ou eliminado;
12
Ilustração de Discordância em Arestas (cunha)‏
13
Imperfeições nos Cristais
Discordância Helicoidal ou Espiral
Átomos e células unitárias são acrescidas de modo que, ao se observar o cristal em seu plano cristalográfico e ao proceder a um movimento circular sobre a superfície de topo, o ponto final deste movimento circular completo estaria a um nível acima ou abaixo em relação ao ponto de partida;
O movimento circular na superfície de topo do cristal é, na realidade um movimento helicoidal ou em espiral.
14
Ilustração das Discordância Helicoidal ou em Espiral
15
Discordâncias
Forte relação com as deformações plásticas (permanentes) em sólidos cristalinos
Discordâncias em Arestas
Zonas de compressão e tração acompanhando o defeito.
Discordâncias Helicoidais
Tensões de cisalhamento acompanhando o defeito.
Movimento das discordâncias explica o escorregamento dos cristais que por sua vez, esclarece o escoamento e a ductilidade dos materiais metálicos.
16
Imperfeições nos Cristais
Defeitos de Superfícies ou Planares
Relacionados com limites ou fronteiras dos materiais, os quais separam regiões planares do material em partes distintas quanto à orientação dos cristais, muito embora seja resguardada a mesma estrutura cristalina em todo o sólido.
Defeitos de superfície
Superfície do Material;
Contorno dos Grãos.
17
Imperfeições nos Cristais
Superfície do Material
Região do material onde o reticulado cristalino termina abruptamente.
Átomos não tem coordenação atômica adequada:
Ligação atômica incompleta
Vizinhos apenas de um lado.
Superfície externa dos materiais é mais reativa do que sua parte interna.
18
Átomos Superficiais
19
Imperfeições nos Cristais
Estruturas monocristalinas e policristalinas
Sólido Cristalino
Arranjo periódico e repetido dos átomos e perfeito ou se estende ao longo da totalidade da amostra
Estrutura Monocristalina.
Maioria dos Sólidos Cristalinos
Composta por um conjunto de muitos cristais pequenos ou grãos;
Estrutura Policristalina.
20
Imperfeições nos Cristais
Grãos
Partes da superfície do material em que existe homogeneidade quanto à orientação dos cristais
Dentro de um grão o arranjo atômico é sempre o mesmo.
Entre essas várias partes homogêneas da superfície do material, há um tênue região de fronteira que representa a transição entre grãos
Contorno de grão.
21
Diagramas esquemáticos dos vários estágios de solidificação de um material policristalino
22
Contorno dos Grãos
Empacotamento atômico desses átomos é menos eficiente do que o dos átomos do interior do grão.
Átomos com maior energia e mais reativos.
Quando essa superfície é atacada, esses átomos do contorno são dissolvidos mais rapidamente:
Artifício usado nas avaliações metalográficas;
Favorecimento da difusão atômica nessa região.
23
Contornos dos Grãos
24
Contornos dos Grãos
25
CONTORNOS DOS GRÃOS:
Efeito na resistência dos materiais
Quando uma discordância encontra um contorno de grão ela tem que mudar de direção já que o sistema de escorregamento também muda. Além disso, a região do contorno, de 2 a 10 Å, é conturbada onde os átomos não tem uma organização definida.
Assim quanto menores os tamanhos de grãos mais contorno estarão no caminho da discordâncias, necessitando de mais força de cisalhamento sobre os planos para realizar a deformação plástica.
O material fica mais resistente. 
26