Cap. 2 –– Defeitos nos materiais _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _
deslizamento (metais de estrutura CFC), tem a sua deformação plástica praticamente devida à movimentação das discordâncias. A movimentação de uma discordância ao longo de um cristal metálico de comprimento L e altura h produz um deslocamento localizado deste cristal igual ao módulo do seu vetor de Burges (b), conforme ilustrado na figura 2.27.
Figura 2.27 – – Deformação cisalhante associada com a passagem de uma
discordância em um cristal de largura L e altura h, Dieter (1988).
Considerando que esta discordância esta em uma posição intermediária (dentro do cristal) igual à xi e que o valor de b é muito pequeno, pode-se escrever que a deformação normal infinitesinal (δi) experimentada pelo cristal vale: xi b
δ i =
(23)
L
Considerando um número N de discordância se deslocando da mesma forma, pode-se fazer um somatório da equação (23), expressando-se o total de alongamento que houve na direção da movimentação destas discordâncias: N
N
∆ = ∑ δ i = ∑ 1
1
xi b L
=
b L
N
∑x
i
(24)
1
A deformação cisalhante macroscópica ( γ) vale: γ =
∆ h
=
b hL
N
∑ x
i
1
(25)
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Materiais de Construção Mecânica I
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componente de cisalhamento no plano e direção de deslizamento mais denso da discordância. Observando a figura 2.25, tem-se que a força F deve ser decomposta na componente de cisalhamento atuando na face definida pelo sistema de deslizamento. Considerando que o ângulo entre a força F e a direção de deslizamento vale λ então a componente da força de cisalhamento vale: (20) Fcis = F cosλ
Figura 2.25 – – À esquerda: esquema para o cálculo da tensão de cisalhamento
resolvida em um cristal metálico, Shackelford (1996). À direita: um monocristal de nióbio comprimido (Viana e Paula, 2001).
Considerando que o ângulo entre a normal ao plano de deslizamento e a força é φ, então a área de atuação da componente Fcis vale: Acis = A / cosφ
(21)
A tensão de cisalhamento resolvida neste sistema de deslizamento, pela aplicação da força F será de: τ R =
cos λ P = ⋅ cos φ ⋅ cos λ = σ ⋅ cos φ ⋅ cos λ A / cos φ A P
(22)
Pode-se notar que o valor do produto entre os cossenos de φ e λ determina a intensidade da resultante da tensão σ aplicada sobre o cristal que servirá para a movimentação das discordâncias. Esta função, conhecida como
Materiais de Construção Mecânica I
Existem três tipos principais de defeitos superficiais na estrutura cristalina dos metais: as falhas de empilhamento, as maclas e os contornos de grão, listadas em grau crescente de desordenação. As falhas de empilhamento são nada menos do que regiões cristalinas relativamente perfeitas delimitadas por discordâncias parciais de Shockley, tal como mostrado na figura 2.44.
Figura 2.44 – – Falhas de empilhamento formadas pela dissociação de discordâncias,
à direita uma falha de empilhamento segundo vista pela MET de alta resolução no silício.
As maclas são regiões de um mesmo cristal, mas que possuem orientação cristalina diferente do restante do cristal. Neste caso, a orientação cristalina segue regras de simetria bem determinadas e a interface é plana ou bem próxima disto conforme ilustrado pela figura 2.45. Existem dois tipos de maclas: àquelas formadas por deformação e àquelas formadas por recozimento.
Figura 2.45 – – À esquerda: esquema ilustrando a disposição dos átomos em torno da
linha de uma macla. À direita: microestrutura de um latão (70%Cu e 30%Zn) cu jos grãos apresentam inúmeras maclas formadas pelo recozimento, Downling (1993).
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Cap. 2 –– Defeitos nos materiais _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _
Os contornos de grão são as regiões interfaciais que delimitam os diferentes cristais dos quais são compostos os sólidos metálicos. Cada cristal pode ter uma orientação qualquer ou apresentar uma orientação preferencial de seus planos cristalinos (textura cristalina). A variação da orientação de cristais vizinhos pode ser pequena, formando um contorno de grão de baixo ângulo, ou grande, formando um contorno de grão de alto ângulo. A geometria destes contornos depende de uma série de fatores de fabricação do metal e possuem grande influência sobre as propriedades mecânicas do metal. A figura 2.46 apresenta exemplos de contornos de grão.
Figura 2.46 – – Contornos de grão, em cima: contornos de baixo ângulo; em baixo:
contornos de alto ângulo; à esquerda: esquemas das posições atômicas e dos planos; à direita: imagens de MET de alta resolução (Meyers e Chawla, 1999 e Kestenbach e Botta filho, 1994).
Sólidos cristalinos geralmente são constituídos de um grande número de grãos separados por contornos de grão. Cada cristal irá apresentar uma orientação no espaço que é diferente do cristal vizinho, conforme
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Materiais de Construção Mecânica I
(a)
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(b) Figura 2.55 – – Metalografias ilustrando
três tipos de inclusões formadas no interior da estrutura de aços produzidos em escala industrial: (a) inclusões alongadas de MnS (tipo II); (b) inclusões de TiN em um aço microligado e (c) inclusão de aluminato de cálcio em um aço para conformação mecânica (figura dos autor).
(c)
(a)
(b) Figura 2.56 – – Dois mecanismos de solidificação que podem ocorrer no lingotamento
de metais: (a) metais com intervalo de solidificação pequeno e (b) intervalo de solidificação grande, ocasionando inúmeras microporosidades (figura dos autor).
Cap. 2 –– Defeitos nos materiais _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _
Figura 2.57 – – Microestrutura de uma liga NC100.24 compactada com 690MPa e
sinterizada a 1120º C por 30minutos (densidade 7,03), Höganäs (1997).
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