6 - Defeitos em materiais metálicos - parte 1

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Defeitos em 
materiais metálicos
Disciplina: Ciência e Tecnologia de Materiais
Prof. MSc.: Cécile Chaves Hernandez
Parte 1
1
Defeitos nas estruturas cristalinas
• As propriedades de alguns materiais podem ser
extremamente influenciadas pela presença de
defeitos na estrutura cristalina.
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O que é um defeito?
• É uma imperfeição ou um "erro" no arranjo periódico
regular dos átomos em um cristal.
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Podem envolver irregularidades:
 na “posição dos átomos”
 no “tipo de átomos”
O tipo e o número de defeitos dependem:
 do material
 da “história” de processamento do material
 do ambiente
Mas um defeito é sempre algo ruim?
• NÃO EXISTE UM SÓLIDO IDEAL, OU SEJA, COM A
ESTRUTURA PERFEITA!
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Todos os materiais contém muitas imperfeições
em sua estrutura”
Propriedades dos materiais influenciadas por
essas imperfeições
 influência não adversa
 elaboração de características específicas
Exemplos de imperfeições
 Dopagem em semicondutores – alteração da condutibilidade do material
em determinadas regiões.
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• Aumento da resistência por encruamento - aumento da
dureza devido a deformação plástica
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São classificados de acordo com sua geometria ou dimensões.
• Defeitos Pontuais - dimensão “zero”
• associados com 1 ou 2 posições atômicas
• Defeitos Lineares - dimensão “um”
• associados com a cristalização e a deformação
• Defeitos Planares - dimensão “dois”
• se estendem ao longo da estrutura
• Defeitos Volumétricos - dimensão “três”
• se apresentam no volume do sólido
Tipos de Defeitos
Defeitos Pontuais
• Apenas uma fração de sítios atômicos são imperfeitos 
1 em 1 milhão
• Átomos sempre em vibrando
Quanto maior a energia térmica, maior 
a chance de algum átomo sair de sua 
posição.
• Presença de interstício
Alojamento de átomos deslocados.
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Vacância: ausência de átomo
Impureza Intersticial: átomo diferente ocupando um interstício
Impureza Substitucional: átomo diferente ocupando uma vacância
Auto Intersticial: átomo da própria rede ocupando um interstício
Defeitos Pontuais 
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São formadas:
• Durante a solidificação do cristal;
• Como resultado do deslocamento dos
átomos de suas posições normais
(vibrações atômicas);
• Pode-se projetar materiais com
propriedades “pré estabelecidas”
através da criação e/ou controle desses
defeitos.
Vacâncias ou Lacunas
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• Ocorre devido a presença de um átomo
extra (do próprio cristal) no interstício.
• Provoca uma distorção no reticulado, já
que o átomo geralmente é maior que o
espaço do interstício
• A formação do defeito intersticial
implica na criação de uma “vacância",
por isso este defeito é menos provável
que uma vacância
Intersticiais
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▪ Impurezas ou átomos estranhos estarão sempre presentes nos
materiais de uma forma geral.
▪ É impossível obter um metal puro constituído por apenas um tipo de
átomo.
99,9999 %
1022 a 1023 [átomos de impurezas/m3]
Impurezas em Sólidos
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• Átomos de impurezas aumentam:
a resistência mecânica
a resistência à corrosão
a condutividade elétrica
Exemplo: Prata de lei composta por 92,5% Ag + 7,5% Cu
Prata “pura” ➔ alta resistência à corrosão
Prata de lei ➔ aumenta resistência mecânica
diminui pouco a resistência à corrosão
Impurezas em Sólidos: Formação de Ligas
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• Com a adição de impurezas em um metal, pode-se formar:
“Soluções Sólidas” e/ou “Segunda Fase”
< limite de solubilidade > limite de solubilidade
• Variáveis para a solubilização:
Tipo de impureza
Concentração da impureza
Temperatura
Impurezas em Sólidos: Ligas
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Soluções Sólidas: Impurezas
Elemento de liga ou impureza 
soluto (< quantidade)
Matriz ou hospedeiro
Solvente (> quantidade)
Regras de Hume-Rothery
Para que haja total miscibilidade entre dois
metais, é preciso que eles satisfaçam as
seguintes condições:
• Seus raios atômicos não difiram de mais de
15%,
• Tenham a mesma estrutura cristalina,
• Tenham eletronegatividade similares,
• Tenham a mesma valência.
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Tipos de Impurezas em soluções sólidas, geradoras de Defeitos
Pontuais:
Intersticiais:
Ex.: Carbono em Ferro CFC
Substitucionais: (Ex. “Latão”)
“Desordenada” “Ordenada”
Soluções Sólidas: Impurezas
Ferro
Carbono
Zinco
Cobre