7 discordancias deformacao

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EleaniMariadaCosta-DEM/PUCRS
PROPRIEDADES DOS METAIS
DEFORMADOS PLASTICAMENTE
A capacidade de um material se deformar plasticamente
está relacionado com a habilidade das discordâncias se
movimentarem

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7. Discordâncias e
Mecanismos de Aumento de
Resistência
- Conceitos básicos: características das
discordâncias, sistemas de
escorregamento
- Aumento da resistência por diminuição
do tamanho de grão
- Aumento da resistência por solução
sólida
- Encruamento, recuperação,
recristalização e crescimento de grão

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PROPRIEDADES DOS METAIS
DEFORMADOS PLASTICAMENTE
A capacidade de um material se deformar plasticamente
está relacionado com a habilidade das discordâncias se
movimentarem

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DEFORMAÇÃO PLÁSTICA
 Os materiais podem ser solicitados por tensões
de compressão, tração ou de cisalhamento.
 Como a maioria dos metais são menos
resistentes ao cisalhamento que à tração e
compressão e como estes últimos podem
ser decompostos em componentes de
cisalhamento, pode-se dizer que os metais
se deformam pelo cisalhamento plástico ou
pelo escorregamento de um plano cristalino
em relação ao outro.
 O escorregamento de planos atômicos envolve o
movimento de discordâncias

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DISCORDÂNCIAS E
DEFORMAÇÃO PLÁSTICA
 Em uma escala microscópica a deformação plástica é o
resultado do movimento dos átomos devido à tensão
aplicada. Durante este processo ligações são
quebradas e outras refeitas.
 Nos sólidos cristalinos a deformação plástica geralmente
envolve o escorregamento de planos atômicos, o
movimento de discordâncias e a formação de maclas
 Então, a formação e movimento das discordâncias
têm papel fundamental para o aumento da
resistência mecânica em muitos materiais.
A resistência Mecânica pode ser aumentada
restringindo-se o movimento das discordâncias

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MOVIMENTO DE DISCORDÂNCIAS
E A DEFORMAÇÃO PLÁSTICA
 Discordâncias em cunha
movem-se devido à aplicação
de uma tensão de
cisalhamento perpendicular à
linha de discordância
 O movimento das
discordâncias pode parar na
superfície do material, no
contorno de grão ou num
precipitado ou outro
defeito
 A deformação plástica
corresponde à deformação
permanente que resulta
principalmente do movimento
de discordâncias (em cunha
ou em hélice)

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Plano de escorregamento
Direção de escorregamento
Uma distância
interatômica

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EM CUNHA E EM HÉLICE
Fonte: Prof. Sidnei/ DCMM/PUCRJ

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DENSIDADES DE
DISCORDÂNCIAS TÍPICAS
 Materiais solidificados lentamente = 103
discord./mm2
 Materiais deformados= 109 -
1010
discord./mm2
 Materiais deformados e tratados termicamente=
105 -
106
discord./mm2

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CARACTERÍSTICAS DAS
DISCORDÂNCIAS IMPORTANTES PARA
AS PROP. MECÂNICAS
 Quando os metais são
deformados plasticamente cerca
de 5% da energia é retida
internamente, o restante é
dissipado na forma de calor.
 A maior parte desta energia
armazenada está associada
com as tensões associadas às
discordâncias
 A presença de discordâncias
promove uma distorção da rede
cristalina de modo que certas
regiões sofrem tensões
compressivas e outras tensões
de tração.

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INTERAÇÃO DE
DISCORDÂNCIAS
 ATRAÇÃO  REPULSÃO

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MOVIMENTO DE DISCORDÂNCIAS EM
MONOCRISTAIS
 Durante a deformação
plástica o número de
discordâncias aumenta
drasticamente
 As discordâncias movem-
se mais facilmente nos
planos de maior densidade
atômica (chamados planos
de escorregamento).
Neste caso, a energia
necessária para mover
uma discordância é
mínima
 Então, o número de
planos nos quais pode
ocorrer o escorregamento
depende da estrutura

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Planos e direções de deslizamento
das discordâncias
 Sistemas de delizamento:conjunto de planos e
direções de maior densidade atômica
 CFC: {111}<110> (mínimo 12 sistemas)
 CCC: {110}<111> (mínimo 12 sistemas)
 HC: apresenta poucos sistemas de
deslizamento (3 ou 6) por isso os metais
que cristalizam nesta estrutura são
frágeis
PARA ALGUNS MATERIAIS COM ESTRUTURAS CCC E HC O
ESCORREGAMENTO DE ALGUNS PLANOS SÓ SE TORNAM
OPERATIVOS A ALTAS TEMPERATURAS

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CFC: {111}<110>
(mínimo 12 sistemas de
escorregamento)
Planos: {111}= 4
Direções: 3 para cada plano

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Maclas
 Discordâncias não é o único defeito
cristalino responsável pela
deformação plástica, maclas
também contribuem.
 Deformação em materiais cfc, como
o cobre, é comum ocorrer por
maclação

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Mecanismos de aumento de
resistência dos metais
 Aumento da resistência por adição de elemento
de liga (formação de solução sólida ou
precipitação de fases)
 Aumento da resistência por redução do tamanho
de grão
 Aumento da resistência por encruamento
 Aumento da resistência por tratamento térmico
(transformação de fase): será visto
posteriormente

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INTERAÇÃO DE DISCORDÂNCIAS
EM SOLUÇÕES SÓLIDAS
Quando um átomo de uma impureza esta presente,
o movimento da discordância fica restringido, ou seja,
deve-se fornecer energia adicional para que continue
havendo escorregamento. Por isso soluções sólidas
de metais são sempre mais resistentes que seus
metais puros constituintes

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DEFORMAÇÃO PLÁSTICA EM
MATERIAIS POLICRISTALINOS
O contorno de grão
interfere no
movimento das
discordâncias
 Devido as diferentes
orientações cristalinas
presentes, resultantes
do grande número de
grãos, as direções
de escorregamento
das discordâncias
variam de grão
para grão

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Aumento da resistência por
diminuição do tamanho de grão
 O contorno de grão funciona como
um barreira para a continuação do
movimento das discordâncias devido
as diferentes orientações presentes
e também devido às inúmeras
descontinuidades presentes no
contorno de grão.

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Dependência da tensão de
escoamento com o tamanho de grão
 σesc= σo + Ke (d)-1/2
 σo e Ke são constantes
 d= tamanho de grão
 Essa equação não é válida para
grãos muito grosseiros ou muito
pequenos

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ENCRUAMENTO OU ENDURECIMENTO
PELA DEFORMAÇÃO À FRIO
 É o fenômeno no qual um material endurece
devido à deformação plástica (realizado
pelo trabalho à frio)
 Esse endurecimento dá-se devido ao
aumento de discordâncias e imperfeições
promovidas pela deformação, que impedem
o escorregamento dos planos atômicos
 A medida que se aumenta o encruamento maior
é a força necessária para produzir uma maior
deformação
 O encruamento pode ser removido por
tratamento térmico (recristalização)

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VARIAÇÃO DAS PROPRIEDADES
MECÂNICAS EM FUNÇÃO DO
ENCRUAMENTO
O encruamento aumenta a
resistência mecânica
O encruamento aumenta
o limite de escoamento
O encruamento
diminui a ductilidade

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ENCRUAMENTO E
MICROESTRUTURA
 Antes da
deformação
 Depois da
deformação

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RECRISTALIZAÇÃO
(Processo de Recozimento para
Recristalização)
 Se os metais deformados
plasticamente forem submetidos ao
um aquecimento controlado, este
aquecimento fará com que haja um
rearranjo dos cristais deformados
plasticamente, diminuindo a dureza
dos mesmos

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MECANISMO QUE OCORRE NO
AQUECIMENTO DE UM MATERIAL
ENCRUADO
ESTÁGIOS:
 Recuperação
 Recristalização
 Crescimento de grão

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MECANISMO QUE OCORRE NO
AQUECIMENTO DE UM MATERIAL
ENCRUADO
Ex: Latão

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RECUPERAÇÃO
 Há um alívio das tensões internas
armazenadas durante a deformação
devido ao movimento das discordâncias
resultante da difusão atômica
 Nesta etapa há uma redução do número
de discordâncias e um rearranjo das
mesmas
 Propriedades físicas como condutividade
térmica e elétrica voltam ao seu estado
original (correspondente ao material não-
deformado)

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RECRISTALIZAÇÃO
 Depois da recuperação, os grãos ainda
estão tensionados
 Na recristalização os grão se tornam
novamente equiaxiais (dimensões iguais
em todas as direções)
 O número de discordâncias reduz mais
ainda
 As propriedades mecânicas voltam ao seu
estado original

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CRESCIMENTO DE GRÃO
 Depois da recristalização se o
material permanecer por mais
tempo em temperaturas elevadas o
grão continuará à crescer
 Em geral, quanto maior o tamanho
de grão mais mole é o material e
menor é sua resistência

30
TEMPERATURAS DE
RECRISTALIZAÇÃO
 A temperatura de recristalização é
dependente do tempo
 A temperatura de recristalização
está entre 1/3 e ½ da temperatura
de fusão

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TEMPERATURAS DE
RECRISTALIZAÇÃO
 Chumbo - 4°C
 Estanho - 4°C
 Zinco 10°C
 Alumínio de alta pureza 80°C
 Cobre de alta pureza 120°C
 Latão 60-40 475°C
 Níquel 370°C
 Ferro 450°C
 Tungstênio 1200°C

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DEFORMAÇÃO À QUENTE E
DEFORMAÇÃO À FRIO
 Deformação à quente: quando a
deformação ou trabalho mecânico é
realizado acima da temperatura de
recristalização do material
 Deformação à frio: quando a
deformação ou trabalho mecânico é
realizado abaixo da temperatura de
recristalização do material

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DEFORMAÇÃO À QUENTE
VANTAGENS
• Permite o emprego de menor esforço mecânico para a mesma
deformação (necessita-se então de máquinas de menor capacidade
se comparado com o trabalho a frio).
• Promove o refinamento da estrutura do material, melhorando a
tenacidade
• Elimina porosidades
• Deforma profundamente devido a recristalização
DESVANTAGENS:
• Exige ferramental de boa resistência ao calor, o que implica em
custo
• O material sofre maior oxidação, formando casca de óxidos
• Não permite a obtenção de dimensões dentro de tolerâncias estreitas

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DEFORMAÇÃO À FRIO
• Aumenta a dureza e a resistência dos materiais,
mas a ductilidade diminui
• Permite a obtenção de dimensões dentro de
tolerâncias estreitas
• Produz melhor acabamento superficial

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VARIAÇÃO DAS PROPRIEDADES EM
FUNÇÃO DO ENCRUAMENTO

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