Materiais de Engenharia
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Materiais de Engenharia

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com estrutura CFC.
8. Discuta a formação de defeitos de empilhamento nos metais e soluções
sólidas com estrutura CFC.
9. Quais as principais diferenças e semelhanças entre maclas de recozimento
e maclas de deformação?
10. Dois corpos de prova metalográficos, um de prata e outro de alumínio
puros e policristalinos, ambos no estado recozido, foram misturados após
embutimento, polimento e ataque. Como você poderia diferenciá-los?
11. Por que as maclas de recozimento são freqüentes nos aços inoxidáveis
austeníticos e muito raras nos aços inoxidáveis ferríticos?
12. Em que situações a deformação plástica por maclação é favorecida?
13. Quais as principais diferenças entre um contorno de grão e uma interfa-
ce?
14. Na sua opinião, a energia por unidade de área de um contorno de antifase
é mais próxima da energia de um contorno coerente de macla ou de um
contorno de grão?
15. Coloque em ordem crescente de energia os seguintes defeitos planares do
cobre: contorno de grão, superfície externa, contorno de subgrão, defeito de
empilhamento e contorno coerente de macla.
16. Quando um contorno de grão de um policristal intercepta a superfície
externa e o material é exposto à temperaturas maiores que metade da sua
temperatura de fusão em graus Kelvin, forma-se uma fenda térmica (“thermal
groove”) ao longo da linha de intersecção, conforme a figura abaixo.

198 CAPÍTULO 10

A razão da formação da fenda é a redução da energia livre total do sistema.
Calcule a razão entre a energia de superfície e a energia do contorno de grão
em função do ângulo da fenda (Ψ).
17. O esquema da figura abaixo mostra uma partícula de inclusão não metáli-
ca no contorno de grão de um aço baixo carbono. A energia de contorno de
grão deste aço é 780 mJ/m2. Estime a energia da interface entre a inclusão e a
matriz. Esta inclusão é coerente ou incoerente?

Bibliografia consultada

MARC A. MEYERS & KRISHAN K. CHAWLA; Princípios de metalurgia mecâni-
ca, capítulo 7: Defeitos planares, Editora Edgar Blücher Ltda, São Paulo, 1982.

W. T. READ, Jr.; Dislocations in crystals, McGraw-Hill, New York, 1953.
D. HULL & D. J. BACON; Introduction to dislocations, Third edition, Pergamon

Press, Oxford, 1984.
R. E. REED-HILL; Physical metallurgy principles, Second edition, D. Van Nostrand

Company, New York, 1973.
ANGELO FERNANDO PADILHA & FRANCISCO AMBROZIO FILHO; Técnicas

de análise microestrutural, Editora Hemus, São Paulo, 1985.
ANGELO FERNANDO PADILHA & FULVIO SICILIANO, Jr.; Encruamento, re-

cristalização, crescimento de grão e textura, segunda edição, ABM, São Paulo,
1996.

DEFEITOS BIDIMENSIONAIS OU PLANARES 199

Sólidos Amorfos

Numerosos materiais de engenharia não apresentam estrutura cristalina,
ou seja, são amorfos. Podem ser encontrados exemplos de sólidos amorfos
nos três grupos de materiais (metálicos, cerâmicos e poliméricos), embora os
três grupos apresentem diferentes propensões ao “estado cristalino”. Em
princípio, existem duas possibilidades para se obter um sólido no “estado
amorfo”. A primeira delas e também a mais utilizada de se obter um sólido
amorfo é evitar a sua cristalização durante a solidificação. A outra possibili-
dade é destruir, geralmente por meios mecânicos, a cristalinidade do material
tornando-o amorfo.

Evitando a cristalização

No capítulo IV (vide figura 4.1) foi mostrado que do ponto de vista
estrutural não existem diferenças significativas entre um sólido amorfo e um
líquido. Este comportamento sugere que a passagem do estado líquido para o
estado sólido não apresenta descontinuidade. Em contraposição a este com-
portamento, durante a cristalização ocorrem profundas modificações na dis-
tribuição e organização dos átomos.

Em muitas substâncias é possível evitar a cristalização, por exemplo,
por meio de resfriamento rápido a partir do líquido. Um exemplo típico de
substância que pode ser obtida tanto no estado cristalino como no estado
amorfo é a glicose. A figura 11.1 apresenta os comportamentos da glicose
cristalina e amorfa em função da temperatura. Na figura 11.1 (a) é apresenta-
da a variação do volume específico em função da temperatura. O ponto de
fusão da glicose é 415 K e quando ocorre a cristalização observa-se uma
contração de aproximadamente 7% . Por outro lado, a variação do volume
específico com a temperatura é relativamente uniforme, no caso de formação

11

201

de um sólido amorfo. No entanto, no caso de formação de um sólido amorfo
ocorre uma mudança de inclinação na curva de volume específico versus
temperatura. Em outras palavras, a curva não apresenta descontinuidade mas
a taxa de variação do volume específico com a temperatura não é uniforme. A
temperatura em que ocorre a mudança de inclinação é denominada tempera-
tura de transição vítrea (Tg ou TV). Em termos estruturais, pode-se afirmar
que acima da temperatura de transição vítrea ocorrem rearranjos das molécu-
las enquanto abaixo dela isto não é mais possível e a contração remanescente
é causada pela redução das vibrações térmicas com a diminuição da tempera-
tura. Na figura 11.1 (b) é apresentada a variação do coeficiente de expansão
com a temperatura. Observa-se neste caso a ocorrência de uma variação
brusca no coeficiente de expansão térmica do sólido amorfo na temperatura
de transição vítrea. O mesmo tipo de comportamento é observado na curva de
variação do calor específico em função da temperatura; figura 11.1 (c).

A temperatura de transição vítrea não é uma grandeza termodinâmica,
como as temperaturas de fusão e de ebulição. Quanto mais lento for o resfria-
mento mais baixa será a temperatura de transição vítrea. Em outras palavras,
a temperatura de transição vítrea é uma característica importante de um sóli-
do amorfo ou de uma fase amorfa dentro de um material parcialmente crista-
lino, mas não é uma constante e varia numa faixa.

A solidificação ultra-rápida a partir do líquido é talvez a maneira mais
utilizada para obter sólidos amorfos. Um aparato muito utilizado é mostrado
esquematicamente na figura 11.2. Um material metálico é fundido por indu-
ção dentro de um tubo de quartzo ou de alumina. O tubo tem um furo na sua
extremidade inferior. O metal líquido é pressionado através do furo por um
gás inerte (normalmente, argônio). Um filete de metal incide sobre uma roda
polida de cobre refrigerada e em movimento. O filete de metal líquido solidi-
fica-se ultra-rapidamente formando uma fita com algumas dezenas de micro-
metros de espessura. A roda de cobre pode estar encerrada em uma câmara
contendo gás inerte (normalmente, hélio). Este aparato é muito conhecido
pela sua designação em inglês (“melt-spinning”) e com ele pode se obter
velocidades de resfriamento na faixa de 105 a 107 K/s . Este método é muito
utilizado para obtenção de materiais metálicos amorfos.

Existem outras maneiras de evitar a cristalização e obter sólidos amor-
fos. Uma delas é partir da fase vapor ao invés do líquido. O vapor, por sua
vez, pode ser obtido pelo aquecimento de um sólido cristalino ou de um
líquido ou até bombardeando a superfície de um sólido com íons (“cathode
sputtering”). O vapor é então resfriado ultra-rapidamente pelo contato com
uma superfície fria. A temperatura baixa reduz a mobilidade atômica e difi-

202 CAPÍTULO 11

Figura 11.1 — Variação de propriedades da glicose com a temperatura
tanto no caso de ocorrência de cristalização como no caso de formação

de fase amorfa: (a) volume específico; (b) coeficiente de expansão térmica;
(c) calor específico (segundo A. Guinier).

SÓLIDOS AMORFOS 203

culta a cristalização. Desta maneira é possível obter filmes finos amorfos,
com espessura menor que 1 µm.

Além do método mencionado acima, existe ainda a possibilidade de se
obter um sólido amorfo pela precipitação resultante da reação entre dois
líquidos. Um exemplo típico deste método é a redução de um sal de níquel
por hipofosfito de sódio. Como resultado obtêm-se sobre uma peça ou objeto
imerso na solução uma camada fina de um precipitado duro e brilhante. Este
precipitado é uma liga amorfa de níquel e fósforo. Este