Mec. de Endur. - 1 - Deformação

UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO
ESCOLA DE MINAS
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA METALÚRGICA E DE MATERIAIS
Grupo de Estudos sobre Fratura de Materiais
Prof. Luiz Cláudio Cândido
MECANISMOS DE ENDURECIMENTO
Prof. Leonardo Barbosa Godefroid
candido@em.ufop.br leonardo@em.ufop.br
ENDURECIMENTO POR DEFORMAÇÃO A FRIO
(ENCRUAMENTO)
METALURGIA MECÂNICA – MET 158
MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO E DO DESPORTO
Universidade Federal de Ouro Preto
Escola de Minas – Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais
Grupo de Estudo Sobre Fratura de Materiais
Telefax: 55 - 31 - 3559.1561 – E-mail: demet@em.ufop.br
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MECANISMOS DE ENDURECIMENTO
 Introdução
 Endurecimento por deformação
 Endurecimento por solução sólida
 Endurecimento por precipitação
 Endurecimento por dispersão
 Endurecimento por tamanho de grão
 Endurecimento por transformação martensítica
 Endurecimento por processamento termomecânico
 Endurecimento por microestrutura bifásica
 Endurecimento por radiação
 Endurecimento por choque
 Endurecimento por ordenação
 Endurecimento por textura
 Endurecimento por materiais compósitos
INTRODUÇÃO
Fazer com que a resistência mecânica real de um material se aproxime de sua resistência mecânica teórica:
 Minimização da densidade de discordâncias do material;
 Criação de um número considerável e eficaz de barreiras
 ao movimento de discordâncias.
ENDURECIMENTO POR DEFORMAÇÃO
ENDURECIMENTO POR DEFORMAÇÃO
Caracterização do Fenômeno
Baseados neste comportamento, Cottrell e Stokes propuseram que a diferença de valores das tensões observadas para
introduzir uma certa deformação plástica num metal a duas temperaturas diferentes pode ser dividida em duas componentes:
 Uma componente reversível com a temperatura;
 Uma componente que representa a diferença de encruamento produzida pela
deformação em duas temperaturas.
O Fracasso da Equação Mecânica de Estado
Equação de Estado: = f ( , έ, T)
Inicialmente: - independe da história mecânica e/ou térmica.
Estágio I:
 Não ocorre deformação plástica significativa abaixo de uma certa tensão o (tensão crítica cisalhante resolvida).
 A taxa de encruamento I é governada por:
 resistência ao movimento de discordâncias (força de Peierls);
 interação discordâncias x defeitos de ponto;
 interação de discordâncias móveis com discordâncias que cortam os planos de deslizamento (floresta);
 arrastamento de degraus criados no item anterior;
 tensão necessária para curvar as discordâncias contra a tensão de linha das mesmas.
 Assim que a tensão aplicada ultrapassa o, ocorre escoamento a uma baixa taxa de encruamento I .
A Curva Tensão-Deformação para Monocristais
 Obs.: Pode-se eliminar o estágio I, através de:
 presença de pequenas quantidades de impurezas;
 deformação em temperaturas elevadas;
 orientação do cristal numa posição relativa ao eixo de tração que favoreça deslizamento simultâneo em diversos sistemas de deslizamento.
Estágio II:
 A taxa de encruamento cresce rapidamente, até atingir um valor constante II , de tal maneira que a tensão
 e a deformação se tornam linearmente relacionadas.
 Assim que o deslizamento começa em outros conjuntos de planos (sistema secundário), tem início
uma forte interação entre as discordâncias do sistema primário com aquelas do secundário.
 Novas irregularidades são formadas no reticulado: degraus, anéis, emaranhados e empilhamentos.
 A temperaturas bem baixas, não ocorrem mudanças no desenvolvimento da estrutura de discordância,
 e conseqüentemente o estágio II estende-se até a fratura.
Estágio III:
 O coeficiente de encruamento diminui continuamente, e a curva vs. torna-se novamente parabólica.
 O comportamento do metal nesta região é extremamente dependente da temperatura e
 da velocidade de aplicação da carga.
 Admite-se que um processo de recuperação ocorre simultaneamente com a deformação.
 A recuperação altera a estrutura de discordâncias, diminui a taxa de encruamento e, conseqüentemente,
 as tensões instantâneas para escoamento plástico.
 “Recentemente”, Mecking e Lucke (1969) contestaram a existência do estágio II, pois este seria apenas o começo
 do estágio III.
 Recuperação: a temperatura age no sentido de reduzir a taxa de encruamento relativamente àquela observada
 durante o estágio II.
 Dinâmica: ocorre durante a deformação, mas não necessariamente no cristal descarregado.
 Seeger (1957): a recuperação dinâmica pode ser atribuída à ocorrência de:
 deslizamento cruzado, mecânico e termicamente ativado, o qual resulta em aniquilação de discordâncias e deformação extra;
 escalagem de discordâncias em cunha.
Recuperação Dinâmica
Modelo de Mecking e Lucke (1969) para explicar a inclinação da curva versus no estágio III.
 Modelo de Longo e Reed-Hill (1973): formação de uma estrutura celular de discordâncias, com diminuição
 do campo de tensões e menor oposição ao movimento de discordâncias
 no interior das células.
Teoria de TAYLOR (1934):
 Trata-se da mais antiga teoria de encruamento envolvendo discordâncias.
 Na ocasião em que foi proposta, acreditava-se que a curva vs. de monocristais era toda parabólica.
 Hipótese básica: as discordâncias, ao se moverem, interagem elasticamente com outras discordâncias,
e travam-se.
Teorias do Endurecimento por Deformação
 Discordâncias em cunha são criadas durante a deformação e se deslocam numa certa distância média L.
Considerações:
A tensão interna efetiva necessária para mover uma discordância contra o campo de tensão 
 oriundo das outras discordâncias é dada por : 
Expressão: 8
1
8
1
1
2
1
2G
b
L
Gb( ) L: distância média que a discordância percorreantes de ser barrada.
Algumas críticas:
 Uma configuração de discordâncias mais próxima da realidade é mais heterogênea, apresentando bandas de deslizamento,
células, e outros arranjos não uniformes.
 Discordâncias em hélice também precisam ser consideradas no modelo.
 Esta teoria não explica o encruamento linear – estágio II da curva x .
L
bG
Teoria de MOTT (1952):
Hipótese básica: Considera grupo de discordâncias empilhadas (super-discordâncias de comprimento nb)
 em lugar de discordâncias individuais.
Características essenciais do modelo:
 As discordâncias são empilhadas contra barreiras de Lomer-Cottrell e, consequentemente, travadas.
 Os agrupamentos empilhados agem como super-discordâncias de vetor de Burgers nb.
 A distribuição de discordâncias não é uniforme, de acordo com observações experimentais de bandas
 de deslizamento em cristais reais.
 Expressão:
G nb
L2
1
2( ) n: nº de discordâncias
 Outra expressão: G
b
l
( )
2
1
2 l: comprimento de uma fonte de
Frank-Read.
Para eliminar o parâmetro L , Mott considerou que anéis de discordâncias são gerados
dinamicamente por uma fonte de Frank-Read de comprimento l . Assim, tem-se outra
expressão para a relação vs. .
Algumas críticas:
 Novamente está se admitindo apenas uma relação parabólica