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LIGAÇÕES ATÔMICAS
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Iônica ou Heteropolar: átomos dos
elementos de valência facilmente liberam
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Covalente ou Homopolar: um átomo
compartilha seus elétrons com outros
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LIGAÇÕES ATÔMICAS (Cont.)
Metálica: os elétrons são
compartilhados por vários átomos....
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Estrutura da Matéria
Ligação Metálica: É a ligação química que ocorre nos METAIS e na...
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Água
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acontecer, começa
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A estrutura cristalina dos metais
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Líquido Tranzição (L + S)
Sólido
Resfriando
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Quando um metal no estado líquido sofre
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Os metais no estado sólido apresentam
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centrado (CCC)
O cubo tem oito átomos dispostos
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face centrada (CFC)
O cubo tem oito átomos
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Representação Esquemática
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É a propriedade que certos
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Arranjo Atômico dos Carbono
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Difusão
1ª) Deve haver espaço
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A solubilidade do Carbono na rede
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As distorções geradas pela
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Cementita  Carboneto de ferro;
dureza elevada nos aços de alto %
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  1. 1. ProduçãoMecânicaIII 1 Profº Villardo Profº :Villardo E-Mail: prof.rvillardo@gmail.com
  2. 2. ProduçãoMecânicaIII 2 Profº Villardo ESTRUTURA DA MATÉRIA Toda matéria é constituída de moléculas e átomos, sendo que este é considerado como unidade fundamental do material metálico. Estrutura da Matéria
  3. 3. ProduçãoMecânicaIII 3 Profº Villardo LIGAÇÕES ATÔMICAS Nos fluidos os átomos localizam-se ao acaso, livremente. Nos sólidos eles são mantidos juntos por forças interatômicas e cada elemento é constituído somente de átomos do mesmo tamanho. Veja, a seguir, as principais ligações: Estrutura da Matéria
  4. 4. ProduçãoMecânicaIII 4 Profº Villardo Iônica ou Heteropolar: átomos dos elementos de valência facilmente liberam esses elétrons, tornando-se íons carregados positivamente; Estrutura da Matéria
  5. 5. ProduçãoMecânicaIII 5 Profº Villardo Covalente ou Homopolar: um átomo compartilha seus elétrons com outros átomos adjacentes; Estrutura da Matéria
  6. 6. ProduçãoMecânicaIII 6 Profº Villardo LIGAÇÕES ATÔMICAS (Cont.) Metálica: os elétrons são compartilhados por vários átomos. Assim admite-se que o átomo encontra-se constantemente no estado de perder, ganhar e dividir elétrons-valência com os átomos adjacentes. Nota: Nossos estudos serão centrados nesta ligação. Estrutura da Matéria
  7. 7. ProduçãoMecânicaIII 7 Profº Villardo Estrutura da Matéria Ligação Metálica: É a ligação química que ocorre nos METAIS e nas LIGAS METÁLICAS. Devido os metais apresentarem baixa energia de ionização e alta eletropositividade, possuem grande facilidade em perder elétrons da sua camada de valência, formando cátions. Na Ligação Metálica temos uma quantidade muito grande destes cátions envolvidos por uma quantidade enorme de elétrons livres. Dizemos que os cátions estão envolvidos por um "MAR DE ELÉTRONS".
  8. 8. ProduçãoMecânicaIII 8 Profº Villardo Estrutura da Matéria Água Resumo
  9. 9. ProduçãoMecânicaIII 9 Profº Villardo
  10. 10. ProduçãoMecânicaIII 10 Profº Villardo Como isso se aplica aos materiais que nós conhecemos???
  11. 11. ProduçãoMecânicaIII 11 Profº Villardo Muito simples... Tudo que vemos acontecer, começa onde não vemos
  12. 12. ProduçãoMecânicaIII 12 Profº Villardo NUCLEAÇÃO E CRESCIMENTO DE GRÃOS A estrutura cristalina dos metais presente no estado sólido deixa de existir no estado líquido. A solidificação dos metais se dá de duas maneiras, são elas:  Amórfica;  Cristalina.
  13. 13. ProduçãoMecânicaIII 13 Profº Villardo Líquido Tranzição (L + S) Sólido Resfriando Solidificação dos Metais
  14. 14. ProduçãoMecânicaIII 14 Profº Villardo NUCLEAÇÃO E CRESCIMENTO DE GRÃOS Quando um metal no estado líquido sofre resfriamento lento e contínuo, os átomos do mesmo, que neste estado não estão ordenados, começam, abaixo da temperatura de solidificação, a novamente se ordenarem a partir de núcleos. Com a diminuição da temperatura, os núcleos formados crescem surgindo também novos núcleos. As partículas sólidas originadas nos núcleos são denominadas grãos.
  15. 15. ProduçãoMecânicaIII 15 Profº Villardo NUCLEAÇÃO E CRESCIMENTO DE GRÃOSNUCLEAÇÃO E CRESCIMENTO DE GRÃOS
  16. 16. ProduçãoMecânicaIII 16 Profº Villardo
  17. 17. ProduçãoMecânicaIII 17 Profº Villardo
  18. 18. ProduçãoMecânicaIII 18 Profº Villardo
  19. 19. ProduçãoMecânicaIII 19 Profº Villardo PRINCÍPIOS DE METALURGIA GERAL Os metais no estado sólido apresentam estrutura cristalina, formada a partir da reprodução de uma disposição típica de átomos (célula unitária). Na temperatura ambiente os átomos ocupam as suas posições determinadas pela célula unitária e se mantém vibrando em torno destas posições de equilíbrio. Com o aumento da temperatura as vibrações aumentam até que ocorre a quebra das ligações metálicas. São dois os arranjos atômicos de ordenação dos metais: Estrutura Cristalina
  20. 20. ProduçãoMecânicaIII 20 Profº Villardo Sistema cristalino cúbico de corpo centrado (CCC) O cubo tem oito átomos dispostos nos vértices e um no centro. Exemplos de Metais CCC: ferro à temperatura ambiente, o titânio a alta temperatura e o cromo em qualquer temperatura. Estrutura Cristalina
  21. 21. ProduçãoMecânicaIII 21 Profº Villardo Estrutura Cristalina CCC
  22. 22. ProduçãoMecânicaIII 22 Profº Villardo Sistema cristalino cúbico de face centrada (CFC) O cubo tem oito átomos dispostos nos vértices e seis átomos dispostos no centro das faces. Exemplo de metais CFC: níquel, alumínio e cobre. Estrutura Cristalina
  23. 23. ProduçãoMecânicaIII 23 Profº Villardo Porção da rede Cristalina Célula Unitária Representação Esquemática Estrutura Cristalina
  24. 24. ProduçãoMecânicaIII 24 Profº Villardo Estrutura Cristalina CFC
  25. 25. ProduçãoMecânicaIII 25 Profº Villardo
  26. 26. ProduçãoMecânicaIII 26 Profº Villardo ALOTROPIA É a propriedade que certos metais apresentam de possuírem reticulados cristalinos conforme a variação da temperatura. Alotropia do Ferro Puro É a mudança (rearranjo) na estrutura cristalina decorrente de aquecimento ou resfriamento.
  27. 27. ProduçãoMecânicaIII 27 Profº Villardo Alotropia Arranjo Atômico dos Carbono
  28. 28. ProduçãoMecânicaIII 28 Profº Villardo Alotropia ºC t(seg) ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~~~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ 1535º 1390º 912º Ferro Fundido (Líquido) CCC δ CFC γ CCC α 770°C Pto de Curie O Fe deixa de ser Magnético Resfriamento Aquecimento
  29. 29. ProduçãoMecânicaIII 29 Profº Villardo Difusão: é a caminhada dos átomos na rede cristalina. Pode ser por:  Inserção (fig. a);  Substituição (fig. b). Difusão
  30. 30. ProduçãoMecânicaIII 30 Profº Villardo Aumentando-se a temperatura de um metal ou liga metálica, no estado sólido, ocorrerá uma maior vibração dos átomos em torno da sua posição de equilíbrio. Cada átomo, ao vibrar, pode se deslocar de sua posição inicial trocando inclusive a posição com outro átomo. A movimentação atômica no estado sólido é um fenômeno denominado difusão, sendo esta tanto maior quanto maior a temperatura. Difusão
  31. 31. ProduçãoMecânicaIII 31 Profº Villardo Difusão
  32. 32. ProduçãoMecânicaIII 32 Profº Villardo Difusão 1ª) Deve haver espaço livre adjacente; 2ª) O átomo deve possuir energia suficiente para quebrar as ligações químicas e causar uma distorção no reticulado cristalino. Mas observe: Para ocorrer a movimentação atômica são necessárias 2 condições:
  33. 33. ProduçãoMecânicaIII 33 Profº Villardo Difusão 4602155 – 2540CCC2600Molibdênio 240808 – 884CCC1530Ferro- 293900 – 1200CFC1452Níquel 196700 – 990CFC1083Cobre 165400 – 610CFC660Alumínio 91,6240 – 418HC419Zinco Energia de Ativação (kJ/mol)‫‏‬ T estudadas (oC)‫‏‬ Estrutura cristalina T de fusão (oC)‫‏‬ Metal
  34. 34. ProduçãoMecânicaIII 34 Profº Villardo
  35. 35. ProduçãoMecânicaIII 35 Profº Villardo Influência do Carbono A solubilidade do Carbono na rede cristalina do ferro cresce com a temperatura e sofre um aumento repentino na transformação   , porque os espaços interatômicas aumentam com a recristalização. Se a capacidade de dissolução da rede do ferro for ultrapassada formam-se os carbonetos (Fe3C) chamados de CEMENTITA. Efeitos dos Elementos de Liga
  36. 36. ProduçãoMecânicaIII 36 Profº Villardo A estrutura cristalina, rede, de um metal puro é, teoricamente, uniforme em todas as direções. À medida que existam impurezas num metal puro, a estrutura cristalina passa a formar uma solução sólida, que poderá ser: Substitucional: formada por átomos de natureza diferente porém com dimensões semelhantes aos átomos do metal puro. Estes vão deslocar os átomos de metal puro de seus lugares originais substituindo- os Intersticial: Formada por átomos de natureza e dimensões diferentes do metal puro. Por exemplo: átomos de carbono, oxigênio e hidrogênio ocupam posições intersticiais aos átomos da rede de ferro. Efeitos dos Elementos de Liga
  37. 37. ProduçãoMecânicaIII 37 Profº Villardo Efeitos dos Elementos de Liga
  38. 38. ProduçãoMecânicaIII 38 Profº Villardo Átomo de Carbono ocupando um interstício na estrutura ccc do Ferro Estrutura Cristalina
  39. 39. ProduçãoMecânicaIII 39 Profº Villardo As distorções geradas pela introdução de átomos de natureza diferente dificulta o deslocamento dos átomos tornando o metal mais resistente. Este mecanismo, explica o aumento de resistência dos aços pela adição de elementos de liga. Efeitos dos Elementos de Liga
  40. 40. ProduçãoMecânicaIII 40 Profº Villardo
  41. 41. ProduçãoMecânicaIII 41 Profº Villardo Austenita  Solução sólida de carbono no ferro , estável acima de 723º; não magnético. Ferrita  Ferro no estado , contendo, em solução, traços de carbono; excelente resistência ao choque e elevado alongamento. Constituintes dos Aços
  42. 42. ProduçãoMecânicaIII 42 Profº Villardo Cementita  Carboneto de ferro; dureza elevada nos aços de alto % de carbono. Perlita  É a mistura mecânica de 12% ferrita e 88% Cementita, em forma de laminas finas. Constituintes dos Aços
  43. 43. ProduçãoMecânicaIII Diagrama de Equilíbrio Fe-C (Fe-Fe3C) Aço 0,77 2,11 4,3 1535 723° ºC %C 9120 Liquidus 6,7 Solidus Zona de Transição (ZT) Líq. + Sól. (ZT) Líq. + Sól. 1130° Ferro Fundido (Fofo) Eutético A1 1390° CCC Fase δ CFC Fase γ CCC Fase α HipereutetóideHipoeutetóide Eutetóide Perlita P + Fe3C F(α) + P Austenita (γ) Ferrita HipereutéticoHipoeutético
  44. 44. ProduçãoMecânicaIII 44 Profº Villardo
  45. 45. ProduçãoMecânicaIII 45 Profº Villardo
  46. 46. ProduçãoMecânicaIII 46 Profº Villardo
  47. 47. ProduçãoMecânicaIII 47 Profº Villardo
  48. 48. ProduçãoMecânicaIII 48 Profº Villardo Variações Rápidas da Temperatura Ao contrário do que ocorre nas variações lentas de temperatura, o carbono não tem tempo suficiente para a total difusão, é onde ocorre, para um aço eutetoide, a formação da martensita, em lugar da perlita. Altera completamente as linhas de transformações. Constituintes dos Aços
  49. 49. ProduçãoMecânicaIII 49 Profº Villardo 1. LANCASTER, J.F., Metallurgy of Welding, George Allen & Unwin, Londres, 1987, pp.12, 20-52. 2. CHRIESTENSEN, N. et al. "Distribution of temperature in arc welding", British WeldingJournal, 12, 1965, pp. 54-74. 3. STOUT R.D., DOTY, W.D’O. Weldability of Steels. Welding Research Council, NovaIorque, 1978, 399p. 4. UDIN, H. et al., Welding for Engineers, John Wiley & Sons, Nova York, 1954, pp. 112-135. 5. WELLS, A.A. "Heat flow in welding", Welding Jounal, Maio 1952, pp. 263s-267s. 6. ADAMS JR, C.M. "Cooling rates and peak temperatures in fusion welding", Welding Journal, Maio 1958, pp. 210s-215s. 7. GRONG, O. Metallurgical Modelling of Welding, The Institute of Materials, Londres,1997, cap. 1. 8. LONDOÑO, A.J.R. Precipitação de fases intermetálicas e de austenita secundária na ZACde soldagens multipasse de aços inoxidáveis duplex, Tese de Doutorado, Poli-USP, Outubro de 2001, 241p. 9. KOU, S., LEE, Y. "Three-dimensional heat flow and solidification during autogenous GTAwelding of aluminum plates, Metall. Trans. A, 16A, 1983, pp. 2245-2253. 10. BLODGETT, O.W. "Calculating cooling rates by computer programming", WeldingJournal, 63, 3, 1984, pp. 19-34. 11. SHARIR, Y. et al. "Computation of temperatures in thin thantalum sheet welding", Metall. Trans. B, 11B, 1980, pp. 258-265. Metalurgia da Soldagem -3.29 12. PERDIGÃO, S.C. "Ciclos térmicos de soldagem", Metalurgia ABM, 38, 295, 1982, pp. 349-353. 13. PHILLIPS, R.H. "In-situ determination of transformation in the weld heat affected zone",Welding Journal, 62, 1, 1983, pp. 12s-18s. 14. AMERICAN WELDING SOCIETY, Welding Handbook, vol. 1, 8ª Ed., AWS, Miami,1987, pp. 66- 87. 15. IRSID, Soudalité des Aciers an C-Mn et Microallies, Relatório final, jun. 1976, pp. 9-10. 16. OKUMURA, T., TANIGUCHI, C., Engenharia de Soldagem e Aplicações, LTC, Rio deJaneiro, 1982, pp. 67-70. 17. SAKIRO, Y., HORIKAWA, K., KAMURA, H. “Welding Heat Input Limit of RolledSteels for Building Structures based on Simulated HAZ Tests” Transactions of theJWRI 30(1), 2001, p. 127- 134. 18. BHADESHIA, H.K.D.H., “Reliability of weld microstructure and properties calculations”, Welding Journal, Setembro de 2004, p. 237s-243s. Referências Bibliográficas
  50. 50. ProduçãoMecânicaIII 50 Profº Villardo

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