Materiais de Engenharia
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de discordâncias, distribuição mais uniforme de
discordâncias e maior energia armazenada na deformação, do que um materi-
al com energia de defeito de empilhamento alta e deformado nas mesmas
condições. Além disto, os materiais com baixa EDE geralmente apresentam
maior taxa de encruamento, maior resistência à fluência e maior suscetibili-
dade à corrosão sob tensão que materiais com alta EDE. A tabela 10.3 apre-
senta energias de defeito de empilhamento de alguns materiais.

discordâncias
parciais

defeitos de empilhamento

Figura 10.5 — Discordâncias parciais delimitando defeitos de empilhamento.

186 CAPÍTULO 10

Tabela 10.3 — Energia de defeito de
empilhamento (EDE) de alguns metais e ligas.

Material Estrutura EDE (m/J/m2)
Tungstênio CCC 1860
Molibdênio CCC 1450
Tântalo CCC 942
Nióbio CCC 537
Níquel CFC 220
Alumínio CFC 163
Cobre CFC 62
Ouro CFC 50
Prata CFC 22
AISI 304L CFC 19
Latão (30% Zn) CFC 12
Zinco HC 140
Magnésio HC 125
Cádmio HC 175

A grande maioria das determinações de EDE foram realizadas na tem-
peratura ambiente. As determinações de EDE acima da temperatura ambiente
apresentam dificuldades experimentais. Os poucos resultados experimentais
disponíveis sugerem que a EDE da maioria dos materiais aumenta com o
aumento da temperatura.

Células de discordâncias

A distribuição das discordâncias em um metal ou liga deformado plasti-
camente depende de vários fatores: estrutura cristalina, energia de defeito de
empilhamento, temperatura e velocidade de deformação. Por exemplo, quan-
do um metal com estrutura CFC e baixa EDE é deformado por método usuais
(ensaio de tração, laminação ou forjamento), suas discordâncias têm baixa
mobilidade devido ao fato das discordâncias parciais estarem muito afastadas
entre si. Isto implica em dificuldade para ocorrência de fenômenos de escor-

DEFEITOS BIDIMENSIONAIS OU PLANARES 187

regamento com desvio (“cross-slip”) e escalada (“climb”) de discordâncias.
Uma vez tendo baixa mobilidade, as discordâncias geradas na deformação
tenderão a ter uma distribuição plana (homogênea) na microestrutura, confor-
me mostra esquematicamente a figura 10.6.

Por outro lado, metais e ligas com estrutura CCC, ou metais e ligas com
estrutura CFC e alta EDE, deformados plasticamente por métodos habituais
na temperatura ambiente, apresentam discordâncias dissociadas em parciais
próximas umas das outras, facilitando a ocorrência de escorregamento com
desvio e de escalada. Isto implica em discordâncias com alta mobilidade, que
tendem a se localizar em planos cristalinos de baixos índices de Miller, assim
como aniquilar-se com discordâncias vizinhas de sinal oposto. Devido a estes
fatores, metais e ligas com alta EDE tendem a apresentar uma distribuição
heterogênea de discordâncias, como mostra a figura 10.7. Na figura 10.7 é
representado esquematicamente um grão com células de discordâncias ou
células de deformação no seu interior. As discordâncias concentram-se prefe-
rencialmente nas paredes de célula e o interior das células permanece pratica-
mente livre de discordâncias. A diferença de orientação entre células vizinhas
é em geral muito pequena, menor que 2°.

Aumentos na temperatura de deformação e/ou diminuição na velocida-
de de deformação favorecem a formação de estrutura celular.

Contornos de subgrãos ou subcontornos

Um monocristal ou um grão em um agregado policristalino pode estar
subdividido em regiões (subgrãos) que têm entre si pequenas diferenças de
orientação, em geral menores que 5°. A fronteira que separa os dois subgrãos
é denominada contorno de pequeno ângulo ou subcontorno. Em geral, os

Figura 10.6 — Arranjo de discordâncias homogeneamente
distribuídas em grão encruado (esquemático).

188 CAPÍTULO 10

contornos de pequeno ângulo podem ser descritos por arranjos convenientes
de discordâncias. Um tipo particular de subcontorno é o contorno inclinado
puro, composto apenas de discordâncias em cunha (vide figura 10.8). A
diferença de orientação é dada neste caso pelo ângulo , em radianos, que
pode ser calculado pela relação:

θ = bD

onde
b é o vetor de Burgers e
D é o espaçamento médio entre discordâncias.

Note que as discordâncias neste tipo de arranjo minimizam a energia
devida aos seus campos de tensão. Embora subcontornos do tipo inclinado
puro realmente existam, a maioria dos subcontornos é mais geral e contém
vários tipos de discordâncias.

Um mecanismo de formação destes subcontornos foi proposto pelo
pesquisador inglês R. W. Cahn, em 1950. Segundo o modelo de Cahn, duran-
te o aquecimento de um metal deformado plasticamente, as discordâncias são
reagrupadas, havendo aniquilação de discordâncias de sinais opostos e rear-
ranjo das restantes minimizando seus campos de tensão elástica (vide figu-
ra 10.9). Este mecanismo é denominado poligonização, devido ao facetamen-
to da superfície externa do cristal. O conceito de poligonização pode ser
ampliado de modo a descrever a formação de subgrãos em monocristais e
policristais.

Durante o aquecimento de um metal deformado plasticamente e que
apresenta subestrutura celular, ocorre o “aperfeiçoamento” das paredes de

Figura 10.7 — Arranjo celular de discordâncias em
grão encruado (esquemático).

DEFEITOS BIDIMENSIONAIS OU PLANARES 189

células (formadas por emaranhados de discordâncias) que se transformam em
subcontornos de grão.

Os materiais com baixa EDE, que não apresentam subestrutura celular
após a deformação a frio, também apresentam formação de subgrãos (poligo-
nização) no posterior recozimento.

De uma maneira geral, pode-se afirmar que mesmo monocristais bem
recozidos podem apresentar subgrãos.

Figura 10.8 — Arranjo de discordâncias em cunha

Figura 10.9 — Representação esquemática do mecanismo de
poligonozação: (a) distribuição ao acaso de discordâncias em um
monocristal deformado por flexão; (b) rearranjo das discordâncias
ativado termicamente originando os subcontornos (poligonização).

190 CAPÍTULO 10

A diferenciação entre células de deformação e subgrãos é um tanto
arbitrária. O principal critério para diferenciá-los é o grau de ativação térmica
envolvido na sua formação, já que ambos são constituídos de arranjos de
discordâncias e a diferença de orientação entre regiões vizinhas que eles
separam é da mesma ordem de grandeza. Em geral, um subcontorno é mais
aperfeiçoado que uma parede de célula, pois a subestrutura de subgrãos
envolve uma considerável ativação térmica durante sua formação, o que per-
mite o rearranjo das discordâncias.

A energia dos subcontornos depende fortemente da diferença de orien-
tação, ao contrário da energia dos contornos de grão. Esta energia depende
também da natureza do subcontorno, ou seja, do tipo e do arranjo de discor-
dâncias do subcontorno. A figura 10.10 compara os arranjos atômicos nas
vizinhanças de contornos de baixo e de alto ângulo.

Contornos de macla

Contornos de macla são imperfeições bidimensionais que separam duas
regiões do cristal ou do grão que são imagens especulares uma da outra,
conforme mostra a figura 10.11.

Este tipo de defeito pode ocorrer durante a solidificação, deformação
plástica, recristalização ou durante o crescimento de grão. Normalmente,

Figura 10.10 — Comparação entre contornos de baixo e de alto ângulo
(segundo W.D. Callister, Jr.).

DEFEITOS BIDIMENSIONAIS OU PLANARES 191

distinguem-se dois tipos de macla conforme a origem: macla de recozimento
e macla de deformação. Embora os dois tipos mencionados sejam cristalogra-
ficamente idênticos na mesma estrutura, as maclas de recozimento, formadas
em altas temperaturas, apresentam contornos retilíneos, enquanto as maclas
de deformação, formadas durante a deformação a frio, apresentam contornos
lenticulares (vide figura 10.12).

As maclas de recozimento ocorrem mais freqüentemente durante a re-
cristalização e/ou durante o crescimento de grão. Elas são mais freqüentes
em materiais com baixa energia de defeito de empilhamento. A energia do
contorno coerente de macla é aproximadamente a metade da energia de de-
feito de empilhamento. Desta maneira,