1. UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ
CENTRO TECNOLÓGICO
CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA
DISCIPLINA: CONFORMAÇÃO PLÁSTICA DOS METAIS
METALURGIA DA
CONFORMAÇÃO PLÁSTICA DOS
METAIS

2. Estrutura da Matéria

3. Conceitos de
Cristalografia
 Substância cristalina: átomos estão dispostos em posições regulares no
espaço.
 Descrição: rede + base
 Rede = estrutura geométrica
 Base = distribuição dos átomos em cada ponto da rede.

4. Células Cristalográficas e Sistemas
Cristalinos
 Célula unitária: é uma célula que transladado n vezes nas direções x,
y, z, gera toda a rede.
 Célula primitiva: é a menor célula capaz de gerar a rede.
 Células de Bravais: Bravais demonstrou que só existem 14 tipos de
células unitárias, agrupados em 7 sistemas.
Sistema cúbico (a=b=c; α=β=γ=90°):
a) cúbico simples; b) cúbico de corpo
centrado; c) cúbco de faces centradas
Sistema tetragonal (a=b≠c;
α=β=γ=90°): a) tetragonal
simples; b) tetragonal de
corpo centrado.

5. Sistema ortorrômbico (a≠b≠c; α=β=γ=90°): a) ortorrômbico simples;
b) ortorrômbico de bases centradas; c) ortorrômbico de corpo
centrado; d) ortorrômbico de faces centradas

6. Sistema monoclínico (a≠b≠c;
α=γ=90° ≠β): a) monoclínico simples;
b) monoclínico de bases centradas
Sistema triclínico (a≠b≠c;
α≠β≠γ≠90°)
Sistema romboédrico ou
trigonal (a=b=c; α=β=γ≠90°)
Sistema hexagonal
(a=b≠c; α=β=90°, γ=120°)
Sistema monoclínico (a≠b≠c;
α=γ=90° ≠β): a) monoclínico simples;
b) monoclínico de bases centradas
Sistema triclínico (a≠b≠c;
α≠β≠γ≠90°)

7. Exemplos:
 Rede CCC: Cr, Li, Ba, Nb, Cs, W
 Rede CFC: Al, Cu, Pb, Ni, Ag
 Rede Cúbico Simples: CsCl (base 2)
 Rede tipo diamante = CFC e base 2.
Os 2 átomos da base 2 estão
dispostos alinhados na diagonal do
cubo e distantes a ¼ da diagonal.

8. Pode ser vista também
como duas redes CFC
simples entrelaçadas e
deslocadas na diagonal
e distantes a ¼ da
diagonal.
Diamante, Si e Ge têm
esta estrutura. GaAs e
outros III-V também
(zincbelnde)

9. Célula primitiva do diamante – romboédrica ou trigonal

10. Definição de Planos e Direções
Cristalográficas
Índices de Miller:
a) Distâncias das intersecções
b) Tomar inversos dos valores
c) Reduzir os resultados a números
inteiros com a mesma relação entre si
Ex.: 2 x ½ = 1; 2 x ½ = 1; 2 x 1 = 2
⇒ plano (1,1,2) ou (112)

11. Direções cristalográficas [l,m,n]:
 São expressos por 3 nos
inteiros
com a mesma relação de um vetor
naquela direção.
 Os componentes do vetor são dados como múltiplos dos vetores de
base.
 A direção da diagonal em sistema tipo paralelepípedo tem as
componentes 1a, 1b, 1c, ou seja: [111]
 Em cristal cúbico, a direção [l,m,n] é perpendicular ao plano (l,m,n). Ex.
[100] é perpendicular ao plano (100)

12. Direções e Planos Equivalentes:
 Do ponto de vista cristalográfico, existem direções e planos
equivalentes, dependendo apenas da escolha arbitrária dos eixos
de base.
 Ex. Direções [100], [010] e [001]
 Direções equivalentes são expressos por < >, no ex. dado temos
direções <100>
 Ex. Planos (100), (010) e (001)
 Planos equivalentes são expressos por { }, no ex. dado temos os
planos {100}.

14. Determinação da Estrutura de um
Cristal
 A estrutura de um cristal pode ser determinado pela análise de
difratograma de raio X.
 É baseado no princípio de interferência de raios di-fratados de acordo
com a lei de Bragg: θλ sen2dn =

15. Defeitos em
Cristais
 Não existe cristal perfeito.
 Tipos de defeitos:
 Pontuais
 Lineares
 Planares
 Volumétricos

16. a) Defeitos pontuais

17. kT
E
v
av
eNn
−
= 0
Densidade de defeitos pontuais cresce com a temperatura
(rel. tipo Arrhenius). Ex. vacâncias, onde: N0 é a densidade
do Si, Eav a energia de ativação.

18. b) Defeitos lineares:
Discordância de borda
ou de cunha

19. Discordância tipo
parafuso ou espiral.

20. c) Defeitos
planares
Stacking fault
ou falha de
empilhamento.

21. Plano de simetria de cristais gêmeos:

22. Plano de contorno de grão:

23. d) Defeitos volumétricos Precipitados de átomos,
ex., O, C, N, dopantes, etc.

24. Discordâncias: a) perpendiculares (280 x) b) paralelas à superfície (55x)
Stacking faults: a) 2 min. etch (55x) e b) 25 min etch (280x)

25. Área de 420µm de diâmetro, sem defeitos.

26. MECANISMOS DE DEFORMAÇÃO
PLÁSTICA
Dois mecanismos estruturais básicos podem estar presentes no
cristal durante o processo de deformação plástica: escorregamento e
maclação.
Representação em esferas tangentes; (b) representação com um cubo.
(a) (b)

27. Características das discordâncias: Geram tensões de tração e
compressão no reticulado próximo, além disso podem se repelir (a) ou
se anular (b) dependendo da localização dessas forças.

28. Sistemas de
escorregamento
 As discordâncias se
movem
preferencialmente
em direções e planos
de maior densidade
atômica entre as
existentes no sistema
cristalino. Ao lado um
plano de
escorregamento e
suas 3 direções
possíveis dentro
desse plano para o
sistema C.F.C..

29. Um dos planos de escorregamento e uma direção de escorregamento para o sistema
C.C.C.

30. Número de sistemas de escorregamento e sua
influência na deformabilidade dos metais
 Os metais com estrutura C.F.C. tem 12 sistemas de alta
densidade atômica.Ex:Cu, Al, Pb, Ag Au etc...
 Os metais C.C.C. tem 48 sistemas mas com menor densidade
atômica. De maneira geral, esses metais deformam menos até a
ruptura que os metais C.F.C.Ex:Fe α, Mo, W, Cr Nb
 Os metais HC possuem planos de alta densidade atômica mas em
número apenas de 3, o que os torna materiais normalmente
frágeis.

31. Escorregamento em
monocristais
 É o mecanismo mais facilmente
entendido, para depois extrapolá-lo para
policristais.
 As forças causadoras da def. plástica
são de cisalhamento. A intensidade da
força de cisalhamento atuante sobre os
planos dependerá da força externa e
dos ângulos dessa força em relação ao
plano e a direção de escorregamento.
 Quando qualquer dos ângulos forem 90º
a força de cisalhamento responsável
pelo escorregamento será nula. Se
forem de 45º será máxima. A soma dos
ângulos não são em geral 90º uma vez
que a força e as duas direções não
necessitam estar contidas em um

32. Deformação plástica em materiais
policristalinos
 O escorregamento é mais complexo devido ao grande número de
grãos com orientações diferentes
 Cada grão possuirá planos e direções de escorregamentos com
ângulos distintos dos vizinhos, mesmo se tratando do mesmo sistema
de escorregamento. (orientações cristalinas diferentes em cada grão)
 Quando se supera a tensão de escoamento inicia o movimento das
discordâncias nos grãos melhores orientados com a tensão externa
aplicada em relação ao sistema de escorregamento preferencial. Os
grãos vizinhos, não tão bem orientados, terminam dificultando a
deformação do primeiro, além das dificuldades das discordâncias
passarem pelos contornos de grão. Essas restrições fazem dos
materiais policristalinos, materiais mais resistentes que os
monocristais.
 A deformação generalizada causa distorções também nos grãos
indicando o sentido da deformação.

33. Deformação plástica em materiais
policristalinos

34. Efeito do contorno de grão na resistência dos materiais

35. TEMPERATURA EM CONFORMAÇÃO
PLÁSTICA
Os processos de
conformação plástica são
comumente classificados
em operações de trabalho a
frio e trabalho a quente.
A temperatura
homóloga (Th) é dada pela
relação entre temperatura
de processamento (T) de
um metal e a sua
temperatura de início de
fusão (Tf).
Considerações Iniciais
Variação do limite de escoamento de um metal com
aumento do Th.

36. Influência da temperatura de recristalização nos trabalhos a frio e a quente.

37. Material Temperatura de Recristalização (°C)
Cobre eletrolítico (99,999%) 121
Cu – 5% Zn 315
Cu – 5% Al 288
Cu – 2% Be 371
Alumínio eletrolítico (99,999%) 279
Alumínio (90,0%) 288
Ligas de alumínio 315
Níquel (99,99%) 371
Monel (Ni – Cu) 593
Ligas de magnésio 252
Ferro eletrolítico 398
Aço de baixo carbono 538
Zinco 10
Chumbo -4
Estanho - 44
Temperaturas de recristalização para alguns metais e ligas de uso comum.

38. Trabalho a Frio
• Processos realizados à temperatura ambiente;
• Obtenção de dimensões dentro de tolerâncias estreitas;
• Melhor acabamento superficial;
• Encruamento ou endurecimento do material conformado;
• Controle das propriedades mecânicas;
• Aumento dos níveis de resistência e dureza dos materiais;
• Redução no limite de conformabilidade;
• Diminuição das propriedades físicas e da resistência à
corrosão;
• Alteração da microestrutura.

39. ANTES DA DEFORMAÇÃO DEPOIS DA DEFORMAÇÃO
Imagens da microestrutura antes e após a deformação a frio.

40. Influência do encruamento nas propriedades mecânicas.

41. O recozimento é qualquer tratamento térmico realizado com o intuito
de reduzir ou eliminar os efeitos da deformação plástica sobre a
estrutura de um material metálico.
Etapas do Recozimento.

42. Trabalho a Quente
• Menor nível de energia requerido para deformar o metal;
• Aumento da capacidade de escoamento do metal;
• Refino da granulação grosseira;
• Eliminação de bolhas e poros;
• Aumento da ductilidade e da tenacidade do metal;
• Formação e incrustações de óxidos ;
• Maior tolerância dimensional.

43. FRATURA DÚCTIL E FRATURA FRÁGIL
Os dois tipos básicos de fratura são: fratura frágil – rápida
propagação da trinca –, e fratura dúctil – lenta propagação da trinca
precedida de intensa deformação plástica.
(a) Fratura Dúctil; (b) Fratura frágil.
(a) (b)

44. Nucleação, coalescimento e propagação de vazios internos na fratura dúctil.
Empescoçamento Nucleação Propagação Propagação Fratura

45. CONFORMABILIDADE PLÁSTICA
O conceito de conformabilidade plástica está intimamente
relacionado à capacidade de promover-se a modificação da forma de
um material metálico sem acarretar defeitos que inviabilizem seu uso.
Defeitos presentes em matrizes de forjamento.

46. (a) Influência da temperatura e da taxa de deformação sobre a conformabilidade; (b)
Influência do estado de tensão sobre a deformação de fratura; (c) Comparação entre a
conformabilidade de estruturas fundidas e trabalhadas
(a) (b)
(c)