Prof. Luiz Cláudio Cândido MECANISMOS DE DEFORMAÇÃO PLÁSTICA (DESLIZAMENTO) Prof. Leonardo Barbosa Godefroid candido@em.ufop.br leonardo@em.ufop.br METALURGIA MECÂNICA – MET 127 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 MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO Universidade Federal de Ouro Preto Escola de Minas – Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais Telefax: 55 - 31 - 3559.1561 – E-mail: demet@em.ufop.br 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 Tetraedro de Thomas: a “caracterização estrutural”no contexto da ciência e engenharia de materiais. DEFORMAÇÃO POR DESLIZAMENTO • Elementos de cristalografia • Natureza cristalográfica da deformação plástica • Deslizamento numa rede perfeita • Deslizamento por movimento de discordâncias • Tensão resolvida para o deslizamento • Deformação de deslizamento • Cristalinidade e ductilidade • Comparação entre monocristais e policristais 1 – ELEMENTOS DE CRISTALOGRAFIA - Célula unitária - Redes de Bravais - Estruturas metálicas - Índices de Miller - Projeção estereográfica Estrutura de líquidos Estrutura amorfa Estrutura de gases Estrutura cristalina Tipos de Estruturas Arranjos atômicos Microestrutura de materiais (a) Representação esquemática de um cristal formado a partir de um empilhamento de cubos. (b) O mesmo cristal, onde átomos estão colocados nos nós do empilhamento. O conjunto de átomos de cor azul forma a célula unitária do sistema cúbico simples. Célula unitária As redes de Bravais (1848) Relações entre os parâmetros da rede cristalina e figuras mostrando as geometrias da células unitárias para os sete sistemas cristalinos Distribuição de átomos em um gás, em um líquido, em um sólido amorfo e em um cristal, e respectivas funções de probabilidade W(r) de se encontrar um átomo em uma certa distância. Estruturas metálicas HC Microestrutura de materiais CFC CCC Estruturas Metálicas • Número de coordenação = 8 (2 átomos/célula unitária: 1 no centro + 8 x 1/8 nos vértices) • Átomos se tocam ao longo das diagonais do cubo. -- Nota: Todos os átomos são idênticos; o átomo central foi colorido de forma diferente somente para facilidade de visualização. Estrutura cúbica de corpo centrado (CCC) Ex: Cr, W, Fe (α), Ta, Mo, etc. • Número de coordenação: 12 • 4 átomos/célula unitária: 6 faces x 1/2 + 8 x 1/8 nos vértices Estrutura cúbica de face centrada (CFC) • Átomos se tocam ao longo das diagonais das faces. --Nota: Todos os átomos são idênticos; o átomo central foi colorido de forma diferente somente para facilidade de visualização. Ex: Al, Cu, Au, Pb, Ni, Pt, Ag, etc. Sítios intersticiais da estrutura CFC: (a) octaédricos; (b) tetraédricos Características das células unitárias Estruturas Metálicas D – diagonal; R – raio; N – No átomos/célula unitária; NC - No de coordenação; C = FE – Fator de empacotamento Exemplos de estruturas cristalinas Estruturas Metálicas Índices de Miller Notação cristalográfica: Para uma direção: [ hkl ] Para uma família de direções: < hkl > Para um plano: ( hkl ) Para uma família de planos: { hkl } Índices de Miller Índices de Miller para planos cristalográficos. Índices de Miller Índices de Miller para planos cristalográficos. Índices de Miller Índices de Miller para direções cristalográficas. Índices de Miller Projeção estereográfica A projeção estereográfica é uma figura geométrica plana, onde estão representadas direções e planos cristalográficos. Construção da projeção estereográfica: Projeção geográfica; Projeção esférica; Projeção estereográfica. Projeção estereográfica [001] para o sistema cúbico. Projeção estereográfica [011] para o sistema cúbico. Na projeção estereográfica a simetria cristalina pode ser vista claramente. Assim, no sistema cúbico, um triângulo [001], [011] e [111] é suficiente para designar uma orientação cristalográfica. Triângulo padrão para o sistema cúbico. Projeção estereográfica padrão [001] dividida em 24 triângulos e triângulo padrão para o sistema cúbico. Triângulo padrão para o sistema cúbico. DEFORMAÇÃO POR DESLIZAMENTO 1 - NATUREZA CRISTALOGRÁFICA DA DEFORMAÇÃO PLÁSTICA Trabalho pioneiro de EWING e ROSENHAIN (1913): a) Monocristal com superfície polida, deformado plasticamente; • Aparecimento de finas linhas de deslizamento, resultantes de movimento cisalhante ao longo de planos cristalográficos bem definidos. Bandas de deslizamento num monocristal de alumínio deformado em tração na temperatura ambiente; 250X; MEV. Bandas de deslizamento num policristal de cobre deformado em compressão na temperatura ambiente. MEV. Um estudo mais detalhado da deformação permite revelar que as bandas de deslizamento são constituídas por linhas de deslizamento, muito finas e muito próximas umas das outras. Imagem no MET de uma folha de aço inoxidável (18Cr-8Ni), mostrando o arranjo de discordâncias ao longo de um plano de deslizamento. Quanto maior for a deformação plástica imposta ao corpo de prova, maior será o desnivelamento entre as diversas bandas de deslizamento e o número das bandas de deslizamento. Mecanismo de deslizamento na deformação plástica. (a) cristal antes do ensaio; (b) decomposição da tensão aplicada numa componente normal e numa componente cisalhante no plano de cisalhamento xx’; (c) cristal após a deformação plástica; (d) representação esquemática de um detalhe estrutural do deslizamento. Monocristal de zinco deformado em tração: as bandas de deslizamento são todas paralelas. MECANISMOS DE DEFORMAÇÃO PLÁSTICA DEFORMAÇÃO PLÁSTICA DESLIZAMENTO DE DISCORDÂNCIAS MACLAÇÃO DIFUSÃO TRANSFORMAÇÃO DE FASES ESCORREGAMENTO DE CONTORNOS DE GRÃOS Sistema de deslizamento: As observações experimentais permitem supor que a deformação plástica dos materiais cristalinos dúcteis é devida a um deslizamento irreversível de certos planos, uns em relação a outros. Como o material é cristalino e, portanto, anisotrópico, é lógico supor que este deslizamento se produzirá em alguns planos e em algumas direções cristalográficas. Na maioria dos metais, os planos de deslizamento são aqueles de maior densidade atômica, enquanto as direções de deslizamento são aquelas de maior densidade atômica. Sistema de Deslizamento: a) Direção de deslizamento b) Plano de deslizamento a) Plano de deslizamento b) Direção de deslizamento Duas maneiras distintas para que uma rede cúbica simples possa ser cisalhada, mantendo-se a simetria da rede: (A) cristal antes do deslizamento. (B) deslizamento numa direção densa. (C) deslizamento numa direção não densa. Sistema de deslizamento: Na maioria dos metais, os planos de deslizamento são aqueles mais densos, enquanto as direções de deslizamento são aquelas mais densas. Sistema de deslizamento na temperatura ambiente: {111} e <110> Sistema de deslizamento na temperatura ambiente: {111} e <110> Deslizamento no sistema CFC Obs.: Para temperaturas “elevadas”, ex. T = 400oC, o alumínio