TM229 - Introdução aos Materiais

Transcrição

1 TM229 - Introdução aos Materiais Ana Sofia C. M. D Oliveira

2 Introdução aos materiais O que determina o comportamento/propriedades dos materiais? Composição química e microestrutura Cada uma destas informações isoladamente é necessária mas não suficiente ESTRUTURA CRISTALINA

3 Introdução aos materiais Estruturas cristalinas Sistema cristalino Triclinico Monoclinico Ortorrômbico Tetragonal Cúbico Hexagonal Romboédrico Parâmetros lineares a b c a b c a b c a = b c a = b = c a = b c a = b= c Parâmetros angulares = = 90 = =90 = = =90 = = =90 = = =90 = =90 ; =120 = = sistemas cristalinos, que em função da distribuição dos átomos dão origem a 14 redes de Bravais

4 Introdução aos materiais Empilhamento de planos compactos

5 Introdução aos materiais Empilhamento de planos compactos

6 Introdução aos materiais Estrutura HC

7 Introdução aos materiais Estrutura CFC

8 Introdução aos materiais Estrutura CFC

9 Introdução aos materiais Estrutura CCC

10 Introdução aos materiais Estrutura cristalina Redes não são compactas - Intersticiais Devido a distorção que os átomos intersticiais causam na rede cistalina apenas uma pequena porcentagem de de intersticiais pode ser ocupada H, N, C, B, O

11 Interação entre imperfeições cristalinas Imperfeições cristalinas Difusão Mecanismos de endurecimento

12 Imperfeições cristalinas: Difusão Pontuais Lineares De superfície Movimento dos átomos/lacunas em uma estrutura cristalina (Interação lacunas átomos) Mecanismos de endurecimento Obstáculos a movimentação das discordâncias (solução sólida, precipitação, encruamento, refino de grão)

13 Imperfeições pontuais: lacunas átomos de soluto: substitucionais intersticiais

14 Lacunas e átomos intersiticias O número de lacunas aumenta exponencialmente com a temperatura

15 Átomos substitucionais Efeito da dimensão dos átomos sobre a rede cristalina

16 Vigas metálica para construção civil

17 Qual o único defeito cristalino? Auto intersticial

18 Interação entre imperfeições pontuais: Difusão

19 Difusão Movimentação dos átomos: interação átomo/lacuna Energia de difusão

20 Difusão Difusão substitucional - átomos trocam de lugares com as lacunas Taxa de difusão depende: n. de lacunas energia de ativação para a troca

21 Difusão Difusão intersticial - mais rápida do que a difusão das lacunas

22 Cementação aumento da dureza da superficie de um aço pela adição de átomos de carbono Camada superficial mais dura/resistente ao desgaste, mais rica em C Aço de baixo teor de C

23 Difusão Interdifusão: os átomos tem tendência a migrar das regiões de maior concentração para as de menor concentração

24 Imperfeições de linha: Discordâncias

25 Imperfeições de linha: Discordâncias Anel de discordância

26 Imperfeições de linha: Discordâncias Toda a discordância possui um vetor de burguers (b), o qual tem o módulo do deslocamento em um átomo provocado pelo defeito. Discordâncias em aresta, o vetor b é perpendicular à linha da discordância Discordâncias em espiral, o vetor de burguers é paralelo a linha da discordância. Discordância em aresta Discordância em espiral.

27 Imperfeições de linha: Discordâncias Deslizamento de uma discordância em aresta forma um degrau de comprimento igual ao vetor b ao final do seu deslizamento. De maneira simplificada, pode-se imaginar que a soma de múltiplos degraus compõe a deformação plástica total do metal.

28 Planos de deslizamento Monocristal

29 Interação das discordâncias e os defeitos pontuais

30 Mecanismos de endurecimento Interação entre imperfeições cristalinas: Solução sólida Átomos de soluto ocupam lugares da rede cristalina de um dado metal; Estes átomos provocam distorção na rede; para minimizar a energia do material procuram lugares onde se acomodam mais facilmente => junto a discordâncias... Dificuldade de movimentar discordâncias Aumento da resistência do material

31 Mecanismos de endurecimento Solução sólida Interação do átomo de soluto com as discordâncias

32 Mecanismos de endurecimento Interação entre imperfeições cristalinas: Solução sólida Acomodação dos átomos de soluto e Interação com as discordâncias SS substitucional SS intersticial

33 Mecanismos de endurecimento Precipitação Quando vários átomos de soluto se acumulam formam precipitados O material exibe uma segunda fase, isto região com composição e características distintas, dispersa na matriz. Provocarem distorção na rede; As discordâncias vão ter dificuldade em se movimentar através destas partículas (ex: carbonetos) Dificuldade de movimentar discordâncias Aumento da resistência do material

34 Mecanismos de endurecimento Precipitação/Dispersão de partículas de segunda fase Precipitação Dependência do tipo de precipitado Aumenta resistência Diminuiu resistência

35 Mecanismos de endurecimento Precipitação/Dispersão de partículas de segunda fase Dispersão Introdução de finas partículas de óxidos em uma matriz (moagem de alta energia) Interação partículas-discordâncias

36 Interação entre lacunas e discordâncias Movimento de discordâncias a alta temperatura quando aumenta o n. de lacunas: Escalonamento de discordâncias Muito importante em fluência

37 Mecanismos de endurecimento Interação das discordâncias e discordâncias

38 Mecanismos de endurecimento Interação entre imperfeições cristalinas: Encruamento A multiplicação do número de discordâncias durante a deformação de um metal reduz o caminho livre entre discordâncias, isto é, sua movimentação é reduzida Dificuldade de movimentar discordâncias Aumento da resistência do material

39 Mecanismos de endurecimento Multiplicação de discordâncias Aumento da resistência mecânica

40 Porta do carro

41 Imperfeições de superfície: Contornos de grão

42 Imperfeições de superfície: Contornos de grão O contorno de grão separa duas regiões de orientações cristalográficas diferentes no material. Contorno de grão de baixo angulo Contorno de grão de alto angulo Os contornos de grão são criados durante a solidificação do material ou durante processos de deformação e recristalização. O contorno de grão é uma região de alta energia, devido à sua alta densidade de defeitos cristalinos.

43 Imperfeições de superfície: Contornos de grão

44 Mecanismos de endurecimento Interação das discordâncias e contornos de grão

45 Mecanismos de endurecimento Refino de grão Regiões que apresentam distorção na rede atrapalhando a movimentação das discordâncias Dificuldade de movimentar discordâncias Aumento da resistência do material

46 Mecanismos de endurecimento Contornos de grão Grão refinado => maior resistência Efeito do tipo de contorno de grão Contorno de grão de baixo angulo Contorno de grão de alto angulo

47 Outras imperfeições cristalinas: Falha de empilhamento Resistência a cavitação aços inoxidáveis ao Co