Aula 4 - Recristalização

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Profa.: Dra. Alexandra de Oliveira França Hayama 
AULA 4 
 
ENCRUAMENTO, RECUPERAÇÃO E 
RECRISTALIZAÇÃO 
CONFORMAÇÃO MECÂNICA 
UNIVERSIDADE FEDERAL DE RONDONÓPOLIS 
Instituto de Ciências Agrárias e Tecnológicas 
Engenharia Mecânica 
Por que estudar os processos de encruamento, 
recuperação e recristalização? 
Encruamento, recuperação e recristalização são 
fenômenos que ocorrem frequentemente nos processos 
utilizados na indústria. Devido a isso, a compreensão dos 
mecanismos de deformação e das mudanças 
microestruturais que ocorrem durante o recozimento dos 
materiais metálicos se faz necessária tanto para o controle 
das microestruturas resultantes dos processos industriais, 
como para a conformação adequada dos metais. 
ENCRUAMENTO 
 Encruamento: pode ser definido como o endurecimento 
que ocorre nos metais devido à deformação plástica a frio. 
 O aumento de resistência mecânica dos metais por 
deformação plástica a frio ocorre porque: 
→ O número de discordâncias aumenta com a 
deformação, isto causa maior interação entre as próprias 
discordâncias, o que, por sua vez, dificulta o seu 
movimento, aumentando a resistência mecânica do 
material e diminuindo a sua ductilidade. 
 Durante os processos de deformação plástica a frio, a maior parte 
da energia utilizada é perdida sob a forma de calor. 
→ Apenas cerca de 2 a 10% dessa energia é armazenada no 
material metálico sob a forma de defeitos cristalinos, como 
falhas de empilhamento, defeitos pontuais e principalmente, 
discordâncias. 
→ Esses defeitos aumentam a energia livre do metal durante a 
deformação e fornecem o potencial termodinâmico para a 
recuperação e a recristalização do mesmo durante o 
recozimento. 
 As propriedades mecânicas de um material metálico são 
dependentes de sua microestrutura, ou seja, dependem da 
densidade de discordâncias, de como elas se distribuem, do 
tamanho dos grãos e da textura. 
 ENCRUAMENTO 
 Durante a deformação plástica a frio de um metal policristalino 
ocorrem alguns eventos importantes, entre eles tem-se: 
 Os grãos mudam de forma; 
 A orientação dos grãos muda e eles geralmente adquirem 
orientação preferencial (textura de deformação); 
 A quantidade de defeitos pontuais (como lacunas e auto-
intersticiais) e de discordâncias por unidade de volume do 
material metálico aumenta várias ordens de grandeza. 
 Observação: Um metal cristalino contém em média 106 
cm de discordâncias por cm3, enquanto que um metal 
severamente encruado apresenta cerca de 1012 cm de 
discordâncias por cm3 (Fonte: D. R. Askeland, P. P. Phulé, Ciência e 
Engenharia de Materiais. Ed. Cengage Learning, 2011). 
 ENCRUAMENTO 
 Exemplo: Titânio deformado por laminação a frio (Fonte: A. O. F. Hayama, Tese de 
doutorado, Estudo da recristalização do titânio comercialmente puro com microestrutura oligocristalina 
laminado a frio, EEL-USP, 2006). 
 
8% de redução em espessura 
Dureza = 178 ± 7 Vickers 
18% de redução em espessura 
Dureza = 207 ± 4 Vickers 
38% de redução em 
espessura 
Dureza = 242 ± 6 Vickers 
Sem deformação (Inicial) 
Dureza = 155 ± 5 Vickers 
 ENCRUAMENTO 
50% de redução em 
espessura 
Dureza = 251 ± 8 Vickers 
Banda de 
cisalhamento 
70% de redução em 
espessura 
Dureza = 251 ± 5 Vickers 
Banda de 
cisalhamento 
 Exemplo: Liga Ti-30Nb-4Sn (%p) deformada por laminação a frio (Fonte: A. O. F. 
Hayama, Relatório de Pós-Doutorado, Recristalização e otimização das propriedades mecânicas de ligas 
de titânio tipo , UNICAMP, 2011). 
24% de redução em espessura 
Dureza = 201 ± 4 Vickers 
36% de redução em espessura 
Dureza = 214 ± 7 Vickers 
51% de redução em espessura 
Dureza = 227 ± 8 Vickers 
68% de redução em espessura 
Dureza = 244 ± 8 Vickers 
Sem deformação (Inicial) 
Dureza = 190 ± 5 Vickers 
 ENCRUAMENTO 
81% de redução em espessura 
Dureza = 249 ± 7Vickers 
Bandas de 
cisalhamento 
 Exemplo: Aço ABNT 1020 deformado por laminação a frio (Fonte: Kaique Lima Silva, 
Estudo do aço ABNT 1020 deformado por laminação a frio e recozido, Trabalho de Conclusão de Curso, 
Engenharia Mecânica – UFMT, 2018). 
10% de redução em espessura 
Dureza = 153 ± 4 Vickers 
31% de redução em espessura 
Dureza = 220 ± 6 Vickers 
52% de redução em espessura 
Dureza = 238 ± 6 Vickers 
94% de redução em espessura 
Dureza = 321 ± 5 Vickers 
Sem deformação (Inicial) 
Dureza = 133 ± 3 Vickers 
 ENCRUAMENTO 
96% de redução em espessura 
Dureza = 332 ± 6 Vickers 
 Exemplo de curvas de encruamento 
0 10 20 30 40 50 60 70 80
140
160
180
200
220
240
260
D
u
re
z
a
 V
ic
k
e
rs
Redução em espessura (%)
Titânio deformado por laminação a frio 
(Dureza da amostra com 70% de redução 
em espessura = 251 ± 5 Vickers) 
0 10 20 30 40 50
280
300
320
340
360
380
400
420
440
D
u
re
z
a
 V
ic
k
e
rs
Redução em Área (%)
Superliga a base de níquel deformada 
for forjamento rotativo a frio 
(Dureza da amostra com com 44% de 
redução em área = 420 ± 7 Vickers) 
 ENCRUAMENTO 
(Fonte: A. O. F. Hayama, Tese de doutorado, Estudo da 
recristalização do titânio comercialmente puro com 
microestrutura oligocristalina laminado a frio, EEL-USP, 
2006). 
(Fonte: A. O. F. Hayama, Dissertação de Mestrado, 
Comportamento da Superliga PM 1000 durante o 
recozimento, Faenquil, 2003). 
 Exemplo de curvas de encruamento 
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
180
200
220
240
260
280
300
D
u
re
z
a
 V
ic
k
e
rs
 -
 1
0
0
 g
f
Redução em espessura (%)
Liga Ti-30Nb deformada por laminação a 
frio 
(Dureza da amostra com 81% de redução 
em espessura = 274 ± 6 Vickers) 
 ENCRUAMENTO 
(Fonte: Rauan Oscanio Estival, Estudo da influência do grau 
de deformação no comportamento do aço ABNT 1010 
recozido. Trabalho de Conclusão de Curso, Engenharia 
Mecânica – UFMT, 2019) 
(Fonte: A. O. F. Hayama, Relatório de Pós-Doutorado, 
Recristalização e otimização das propriedades mecânicas 
de ligas de titânio tipo , UNICAMP, 2011) 
Aço ABNT 1010 deformado por 
laminação a frio 
(Dureza da amostra com 95% de 
deformação (redução em espessura) 
= 319 ± 12 Vickers) 
 Exemplo: Evolução microestrutural do aço ABNT 1020 laminado a frio, 
juntamente com a curva de encruamento. 
 ENCRUAMENTO 
(Fonte: Kaique Lima Silva, Estudo do aço ABNT 1020 deformado por laminação a frio e recozido, Trabalho de Conclusão 
de Curso, Engenharia Mecânica – UFMT, 2018) 
 Exemplo de curva de encruamento: Aço ABNT 1010 deformado por 
laminação a frio até 95% de redução em espessura. 
 ENCRUAMENTO 
RE = 95% Inicial (Sem deformação) 
RE = 0% corresponde à amostra sem deformação 
(Fonte: Stefânia Knebel, Estudo do aço ABNT 1010 deformado por laminação a frio com baixas taxas de deformação. 
Trabalho de Conclusão de Curso do Curso de Engenharia Mecânica – ICAT/UFMT, 2016). 
 Exemplo: Propriedades mecânicas do cobre deformado a frio. 
(Cu-Zn) 
Efeito do trabalho a frio nas 
propriedades mecânicas do cobre. 
Curva tensão x deformação ( x ) 
para um metal dúctil. 
 ENCRUAMENTO 
CONTORNO DE GRÃO 
 Grão: é um cristal individual em um material policristalino. 
 Contorno de grão: separa grãos ou cristais que possuem 
diferentes orientações cristalográficas em materiais 
policristalinos. 
 Antes de começarmos a tratar de recuperação e recristalização, 
são necessárias algumas definições. Relembrando: 
CONTORNO DE GRÃO 
 Quando o ângulo de 
desalinhamento é < 15° tem-se 
um contorno de grão de baixo 
ângulo. 
 Quando o ângulo de 
desalinhamento é >15° tem-se 
um contorno de grão de alto 
ângulo. 
 De um modo geral pode-se 
dizer que o contorno de alto 
ângulo é a fronteira entre uma 
região recristalizada e uma não 
recristalizada. 
 Contorno de alto e baixo ângulo. 
 O ângulo de desalinhamento 
também pode ser chamado de 
diferença de orientação. 
 A mobilidade de contornos de alto ângulo é cerca de 100 a 1000 vezes 
maior que a mobilidadede contornos de baixo ângulo. 
RECUPERAÇÃO 
 Recuperação: é um processo em que ocorre rearranjo e eliminação 
parcial dos defeitos (discordâncias) introduzidos durante a deformação 
plástica a frio, havendo restauração parcial das propriedades mecânicas 
do material metálico aos seus valores antes da deformação. 
→ Pode ocorrer em metais deformados a frio e posteriormente 
submetidos ao tratamento térmico de recozimento. Depende de fatores 
como o grau de deformação e a temperatura de recozimento. 
Titânio sem deformação 
(Inicial) 
Dureza = 155 ± 5 Vickers 
Titânio laminado a frio até 
70% (encruado) 
Dureza = 251 ± 5 Vickers 
Titânio laminado a frio até 
70% e recozido a 500oC/45 
min. (recuperado) 
Dureza = 229 ± 4 Vickers 
(Figuras fonte: A. O. F. Hayama, Tese de doutorado, Estudo da recristalização do titânio comercialmente 
puro com microestrutura oligocristalina laminado a frio, EEL-USP, 2006) 
 As mudanças microestruturais que ocorrem durante o recozimento de 
um metal deformado a frio acontecem de maneira a diminuir a energia 
armazenada na deformação. 
 
→ Essa diminuição da energia se dá por mecanismos de rearranjo e 
eliminação de defeitos cristalinos. 
 
 Entre os fatores que afetam o processo de recuperação tem-se: 
 Partículas: 
 Impedem a movimentação dos contornos de baixo ângulo; 
 Partículas mais finas impedem mais a movimentação de 
discordâncias do que partículas maiores. 
 Soluto: 
 Tendem a dificultar a movimentação das discordâncias devido 
aos seus campos de tensão. 
 RECUPERAÇÃO 
 As principais mudanças microestruturais que ocorrem durante 
o processo de recuperação são: 
 Reação entre defeitos puntiformes (lacunas e auto-
intersticiais) levando a uma diminuição da quantidade dos 
mesmos; 
 Aniquilação de discordâncias de sinais opostos que 
estejam no mesmo plano de escorregamento; 
 Rearranjo de discordâncias de modo a formar 
configurações de menor energia; 
 Formação de contornos de alto ângulo. 
 RECUPERAÇÃO 
RECRISTALIZAÇÃO 
 Recristalização: é a formação de um novo conjunto de grãos com 
baixa densidade de defeitos (discordâncias) e que são equiaxiais no 
interior de um material previamente deformado a frio e em seguida 
recozido. 
 Grãos equiaxiais: grãos que possuem dimensões 
aproximadamente iguais em todas as direções. 
→ O crescimento dos núcleos de recristalização promove a 
eliminação de defeitos do estado deformado e o surgimento de nova 
estrutura de grãos com uma baixa densidade de discordâncias. 
→ Durante o processo de recristalização os contornos de alto ângulo 
migram no interior do material deformado eliminando grande 
quantidade de defeitos cristalinos, principalmente discordâncias, 
havendo a restauração das propriedades originais do material (antes 
da deformação ocorrer). 
 É importante ressaltar que a recuperação e a recristalização 
são mecanismos concorrentes, podendo ocorrer ao mesmo tempo 
no material que foi previamente deformado a frio. 
 Os grãos recristalizados, se vistos em 3 dimensões possuem a 
forma aproximada de uma esfera multifacetada, se aproximando 
de um ortotetracaidecaedro. 
Fonte: A. F. Padilha, F. Siciliano Jr., Encruamento, 
Recristalização, Crescimento de Grão e Textura. Ed. ABM, 2005. 
 RECRISTALIZAÇÃO 
 RECRISTALIZAÇÃO 
 Temperatura de recristalização: Temperatura na qual um material 
metálico é totalmente recristalizado em um intervalo de tempo de uma 
hora (Fonte: R. G. dos Santos, Transformações de fases em materiais metálicos, Ed. 
Unicamp, 2006). 
 Os contornos de grão, as heterogeneidades de deformação (como 
bandas de cisalhamento), entre outros, são locais preferenciais de 
nucleação da recristalização. 
 Heterogeneidades de deformação: são regiões que contém grande 
quantidade de defeitos cristalinos. 
 Nesses locais o número de defeitos é maior quando comparado 
com outras regiões do metal deformado plasticamente, por isso são 
locais preferenciais para a ocorrência da nucleação da recristalização. 
 De acordo com a Teoria dos Núcleos Pré-Existentes esses locais 
contêm os núcleos de recristalização que são formados na 
deformação plástica. Tais núcleos são regiões isentas de defeitos 
circundadas por contornos de alto ângulo. 
 Exemplo: Superliga PM 1000 (liga a base de níquel contendo 
em sua composição partículas de óxido de ítrio) deformada por 
forjamento rotativo a frio até 44% de redução em área e em 
seguida recozida. 
Recozida a 1200C por 2 h. 
(Grãos recristalizados em um 
contorno de grão) 
Recozida a 1200C por 10 min. 
(Grãos recristalizados em bandas de 
cisalhamento) 
 RECRISTALIZAÇÃO 
(Figuras fonte: A. O. F. Hayama, Dissertação de Mestrado, Comportamento da superliga PM 1000 
durante o recozimento, Faenquil, 2003) 
 RECRISTALIZAÇÃO 
 Exemplo: Titânio. 
Laminado a frio até 70% 
e em seguida recozido 
a 800oC/1 min. 
(parcialmente 
recristalizado) 
Dureza = 190 ± 6 
Vickers 
Sem deformação 
Dureza = 155 ± 5 Vickers 
Laminado a frio até 70% 
(encruado) 
Dureza = 251 ± 5 Vickers 
Laminado a frio até 70% e 
em seguida recozido a 
800oC/60 min. 
 (totalmente recristalizado) 
Dureza = 158 ± 6 Vickers 
(Fonte: A. O. F. Hayama, Tese de doutorado, Estudo da recristalização do 
titânio comercialmente puro com microestrutura oligocristalina laminado a 
frio, EEL-USP, 2006) 
 RECRISTALIZAÇÃO 
 Exemplos: Alumínio (Vídeo) 
Deformado Parcialmente recristalizado Totalmente recristalizado 
Deformado Parcialmente recristalizado Totalmente recristalizado 
 Exemplo: Cobre (Vídeo) 
Deformado Parcialmente recristalizado 
Totalmente recristalizado 
 RECRISTALIZAÇÃO 
 Exemplos de crescimento de grão (Vídeos) 
 A recristalização é um processo difusional, os 
grãos que estão crescendo recebem os átomos 
dos grãos que estão diminuindo de tamanho. 
 Se após o término da recristalização, o material 
é mantido em temperatura elevada, irá ocorrer o 
crescimento dos grãos recristalizados. 
→ Grãos com 5 lados ou mais são mais 
estáveis termodinamicamente e tendem a 
crescer. 
 RECRISTALIZAÇÃO 
 Exemplo: Titânio deformado por laminação a frio até 50% de 
redução em espessura e recozido a 800°C/45 min: 
 RECRISTALIZAÇÃO 
Grão com 17 
lados: irá 
crescer 
Grão com 4 
lados: irá 
diminuir de 
tamanho 
Fonte: A. O. F. Hayama, Tese de doutorado, Estudo da recristalização do titânio 
comercialmente puro com microestrutura oligocristalina laminado a frio, EEL-USP, 2006 
 Leis da Recristalização (Fonte: F. J. Humphreys, M. Hatherly, 
Recrystallization and related annealing phenomena, Elsevier, 2004) 
1 - Uma deformação mínima é necessária para iniciar a 
recristalização. 
→ Existe um certo nível crítico de deformação plástica abaixo do qual a 
recristalização não pode ser induzida, normalmente se encontra entre 2 e 
20% de trabalho a frio (TF). 
 RECRISTALIZAÇÃO 
(Figura fonte: W. D. Callister Jr., Ciência e Engenharia de 
Materiais: Uma introdução) 
 Exemplo: Variação da temperatura de 
recristalização em função do percentual 
de trabalho a frio para o ferro. Para 
deformações menores do que a crítica 
(aproximadamente 5% de TF), a 
recristalização não irá ocorrer. 
2 - A temperatura em que ocorre a recristalização diminui conforme 
o tempo de recozimento aumenta. 
→ Devido aos mecanismos que controlam a recristalização serem 
ativados termicamente, aumentando o tempo de recozimento, será 
necessária uma temperatura menor para a ocorrência da recristalização. 
 RECRISTALIZAÇÃO 
(Fonte: F. J. Humphreys, M. Hatherly, Recrystallization 
and related annealing phenomena) 
Exemplo: O efeito da 
temperatura de 
recozimento na 
recristalização do Fe-
3,5%Si deformado até 
60%. F
ra
ç
ã
o
 r
e
c
ri
s
ta
liz
a
d
a
 
Tempo (s) 
 RECRISTALIZAÇÃO 
→Exemplo: Classificação das microestruturas do aço ABNT 1020 
deformado até 96% e em seguida recozido. Para o mesmo grau de deformação, temperaturas menores 
favorecem a recuperação do material e temperaturas maiores 
favorecem a recristalização; 
 À medida que o tempo de recozimento aumenta, é necessário uma 
menor temperatura para a recristalização se completar; 
 À medida que a temperatura aumenta é necessário um menor 
tempo de recozimento para a recristalização estar completa. 
recuperado (REC) 
parcialmente recristalizado (PR) 
totalmente recristalizado (TR) 
(Tabela fonte: Kaique Lima Silva, Estudo do aço ABNT 1020 deformado por laminação a frio e recozido, Trabalho de 
Conclusão de Curso, Engenharia Mecânica – UFMT, 2018) 
3 - A temperatura na qual acontece a recristalização diminui com o 
aumento da deformação. 
→ O tempo em que a recristalização estará completa também diminui 
com o aumento da deformação. 
 A energia armazenada, que fornece a força motriz para a 
recristalização, aumenta com a deformação. 
 O crescimento dos núcleos de recristalização ocorre em 
temperaturas mais baixas para metais altamente deformados. 
 RECRISTALIZAÇÃO 
(Fonte: F. J. Humphreys, M. Hatherly, 
Recrystallization and related 
annealing phenomena) 
Exemplo: O efeito da deformação 
na cinética de recristalização do 
alumínio recozido a 350°C. 
F
ra
ç
ã
o
 r
e
c
ri
s
ta
liz
a
d
a
 
Tempo (s) 
4 - O tamanho do grão recristalizado depende principalmente do 
grau de deformação, sendo menor para metais altamente 
deformados 
→ Para obter grãos recristalizados finos é necessário que o metal sofra 
grandes deformações, pois em metais altamente deformados a frio, 
existirá uma maior quantidade de núcleos de recristalização (Teoria dos 
núcleos pré-existentes), devido a isso o tamanho do grão recristalizado 
será menor em um metal altamente deformado do que em um com 
menor grau de deformação. 
 Quando se analisa a microestrutura de um metal, em uma mesma 
amostra podem ocorrer regiões vizinhas que apresentam diferentes 
tamanhos de grão. Isso pode ser explicado devido à forma com que 
cada grão armazena energia (defeitos) durante a deformação. 
 O grão deformado que armazenou mais energia irá possuir 
mais núcleos de recristalização e, consequentemente, irá 
apresentar grãos recristalizados menores após o recozimento. 
 RECRISTALIZAÇÃO 
 RECRISTALIZAÇÃO 
Microestrutura de uma amostra de titânio com 70% 
de redução em espessura e recozida a 700ºC por 
15 min. 
(Fonte: A. O. F. Hayama, Tese de doutorado, Estudo da recristalização do titânio 
comercialmente puro com microestrutura oligocristalina laminado a frio, EEL-USP, 2006) 
Grãos recristalizados 
maiores  menos 
energia armazenada 
durante a deformação 
 menos nucleação de 
recristalização. 
Grãos recristalizados 
menores  mais 
energia armazenada 
durante a deformação 
 mais nucleação de 
recristalização 
Região recuperada 
 RECRISTALIZAÇÃO 
5 – Para uma quantidade de deformação, a temperatura de 
recristalização irá ser aumentada por: 
→ Tamanho de grão inicial maior: Contornos de grão são locais favoráveis para a 
nucleação da recristalização, então para um metal com um tamanho de grão 
inicial maior verifica-se: 
 menos locais de nucleação devido à menor área de contorno de grão; 
 menor encruamento para o mesmo grau de deformação quando comparado 
ao material com granulação fina; 
 menor taxa de nucleação e a recristalização ocorre em temperaturas mais 
altas quando comparado aos metais com granulação fina. 
→ Temperatura de deformação (para o trabalho a quente): Durante a deformação 
a quente podem ocorrer alguns processos que são ativados termicamente, como 
a escalada de discordâncias (movimento da discordância fora do plano de 
escorregamento), devido a isso, a microestrutura resultante irá depender tanto da 
temperatura de deformação quanto da taxa de deformação (quantidade de 
deformação aplicada em um intervalo de tempo). 
 RECRISTALIZAÇÃO 
Cinética de recristalização a 
225°C do cobre de diferentes 
tamanhos de grão inicial 
laminado a frio até 93%. 
 Exemplo: O cobre com granulação inicial mais fina (15 µm) apresenta 
maior encruamento do que o mesmo material com granulação maior (50 
µm). 
→ Isto ocorre porque materiais com granulação mais fina possuem 
maior área de contorno de grão, e contornos de grão são obstáculos à 
movimentação de discordâncias, o que acarreta no maior 
encruamento do material durante a deformação plástica. 
→ No cobre com granulação mais fina a recristalização ocorre em 
tempos mais curtos para a mesma temperatura de recozimento. 
(Fonte: F. J. Humphreys, M. Hatherly, 
Recrystallization and related annealing phenomena, 
2004.) 
 Principais diferenças entre recuperação e recristalização: 
 RECRISTALIZAÇÃO 
BONS ESTUDOS!