Aula 4 - Imperfeições nos sólidos-1

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CIÊNCIAS DOS MATERIAIS
2020.2
Professora Gisela Kloc Lopes
Imperfeições nos 
sólidos
Tipos:
1) Composições com mesmo elementos
➢ Lacunas ou vacâncias
➢ Auto-intersticial
2) Composições com elementos diferentes - solução sólida 
(mistura de componentes)
➢ Intersticial 
➢ Substitucional
1) Defeitos pontuais
1) Composições com mesmo elementos
Tipos:
1) Composições com mesmo elementos
➢ Lacunas ou vacâncias
➢ Auto-intersticial
2) Composições com elementos diferentes - solução sólida 
(mistura de componentes)
➢ Intersticial 
➢ Substitucional
1) Defeitos pontuais
2) Composições com elementos diferentes - solução sólida (mistura) 
Solvente – componente em maior concentração (elemento hospedeiro)
Soluto – componente em menor concentração (impureza)
SUBSTITUCIONAIS – Na qual os átomos do soluto 
estão alocados em posições atômicas, originalmente 
pertencente ao átomo do soluto.
INTERSTICIAIS - Na qual os átomos de soluto estão 
posicionados nos interstícios das células cristalinas do 
solvente.
Limite de solubilidade
Quando a solução é sólida mais não segue as regras acima descritas
2) Defeitos lineares
Discordância em cunha
3) Defeitos Interfaciais - planares 
1) Superfícies Externas
A superfície externa é a parte que termina a estrutura do cristal. Nesse caso, os 
átomos da superfície não estão ligados ao mesmo número de átomos vizinhos, 
no interior do cristal, tendo assim uma energia diferenciada, chamada de 
energia de superfície. Para compensar essa diferença de energias, os materiais 
tendem a minimizar, a área total de sua superfície.
Ex: Nos líquidos o efeito gota, nos sólidos uma retração quando ocorre no 
resfriamento.
2)
3)
4) Defeitos Interfacias Diversos
Ocorrem nos materiais 
multifásicos, através dos quais 
há uma mudança repentina nas 
características físicas e/ou 
químicas.
Ferrita ou Fe a, liga de Fe/C, que possui uma estrutura CCC, na temperatura ambiente, 
com concentrações muito baixas de c.
Defeitos Volumétricos ou de massa
Estes incluem os poros, trincas, agregados, (inclusões exógenas), formação de fases
Microscopia
Alguns elementos estruturais possuem dimensões
macroscópicas (olho nu). Entretanto, na maioria dos
materiais determinados elementos estruturais
denominados como microestruturas, devem ser
investigados utilizando-se algum tipo de microscópio.
Microestruturas: 
❑ Imperfeições cristalinas – contornos de grão, bem como a 
forma e o tamanho médio dos grãos. 
❑ Textura da superfície – rugosa, lisa, porosidade
❑ Formas estruturais - fibras 
Técnicas de microscopia
Microscopia óptica
Microscopia óptica (MO)
Sistema utiliza radiação iluminação e lentes apropriadas
no modo de reflexão. A amostra deve ser lixada, polida e
submetida a tratamento – ataque químico. Análise de
baixo custo. Ampliações até 2000x
Microscopia eletrônica de varredura (MEV) Ampliações de 10 a 50.000x
Microscopia eletrônica de varredura (MEV) - Ampliações de 10 a 
50.000x
Microscopia eletrônica de transmissão (MET) – Ampliações superiores 
a 50.000x
Sistema utiliza feixes de elétrons no lugar de radiação. A amostra é bombardeada
por um feixe de elétrons e a imagem é formada por lentes magnéticas.
Microscopia de varredura por sonda – MVS
Nesse sistema utiliza-se uma minúscula sonda com uma extremidade fina
(agulha). A sonda é movida ao longo do plano da superfície. Durante a
varredura, a sonda sofre deflexões. Os movimentos da sonda no plano da
superfície e para fora do plano são monitorados eletronicamente e projetando
uma imagem tridimensional da superfície.
Vantagens:
• Realização de análises em escalas nanométricas.
• São geradas imagens ampliadas tridimensionais, as quais fornecem
informações topográficas das amostras.
• Alguns MVS podem ser operados em diversos ambientes (ex vácuo, ar,
líquido) e dessa forma uma determinada amostra pode ser examinada no seu
ambiente apropriado.
Microestrutura e Fases
nos sólidos
Diferenças Estruturais – escalas
A maioria dos sólidos apresenta estruturas em escala bem superior
à das dimensões atômicas ou moleculares. Podemos classificar as
estruturas quanto ao tamanho em:
Estrutura nível atômico 
Estruturas cristalina - 0,1 angströms (Å);
Microestruturas:
Estruturas nanométricas (1 nanômetro até 100 nm);
Estruturas micrométricas (0,1 micrometros até 500 µm) ;
Estruturas milimétricas - visíveis a olho nu.
Microscopia eletrônica MEV e MET 
Fases nos sólidos
Um sólido, classificação quanto a microestrutura:
uma fase Monofásico
mais fases Polifásico
Fase é uma região homogênea do espaço que possui, em média, as mesmas propriedades físicas e 
químicas. 
As fases e distribuições das fases são características importantes dos sólidos. Mas não são
características estáticas.
Podem ser alteradas por processos térmicos, mecânicos, elétricos, ópticos, eletrônicos, etc. Em
geral, os processos mais comuns para transformar as fases são os tratamentos térmicos e/ou
mecânicos. A temperatura é uma variável essencial em transformação de fases.
A alteração das estruturas, formas e distribuições de fases com finalidades específicas denomina-
se processamento.
As Figuras a seguir apresentam fotomicrografias em diferentes escalas lineares. As propriedades
das estruturas nanométricas e micrométricas dependem das formas dos agregados atômicos e
moleculares.
Avaliação de defeitos estruturais (Nível atômico)
Defeito de discordância – do tipo linear
Fotomicrografia de Liga de aço (Fe-Mn-Cr-Si) -
Formação de contornos de grão e sub-grão. 
Avaliação de microestruturas
Defeito contorno do grão
Avaliação da superfície – número de fases
Avaliação de tratamento térmico
Aplicações da Microscopia
• Avaliar a superfície, número de fases, aspecto físico (tal
como porosidade), defeitos, para assegurar que as
associações entre propriedades e microestruturas
sejam compreendidas de forma correta;
• Determinar se o material foi ou não tratado
termicamente de maneira correta;
• Determinar o tamanho médio de grãos - esse valor é
usado largamente para a especificação de aços;
• Investigar o modo de uma fratura mecânica;
• Projetar materiais com novas combinações de
propriedades.
Capítulos do Callister tratados nesta aula
– Capítulo 3, 30-37; 47-53
- Capítulo 4, pág 71- 76
• Outras referências importantes
– Van Vlack , L. - Princípios de Ciência dos Materiais, 3a ed.
Sites de busca:
www.cienciasdosmateriais.org
AGRADEÇO A 
PARTICIPAÇÃO!!!