4-PROPRIEDADES DOS METAIS DEFORMADOS PLASTICAMENTE

1
4-PROPRIEDADES DOS METAIS DEFORMADOS PLASTICAMENTE
A capacidade de um material se deformar
plasticamente está relacionado com a habilidade
das discordâncias se movimentarem
2
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

3
PROPRIEDADES DOS METAIS DEFORMADOS PLASTICAMENTE
A capacidade de um material se deformar
plasticamente está relacionado com a habilidade
das discordâncias se movimentarem
4
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

5
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

6
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)

7
MOVIMENTO DE DISCORDÂNCIAS
Direção de escorregamento
Plano de escorregamento
Uma distância interatômica
8
MOVIMENTO DE DISCORDÂNCIAS EM CUNHA E EM HÉLICE
Fonte Prof. Sidnei/ DCMM/PUCRJ
9
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

10
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.

11
INTERAÇÃO DE DISCORDÂNCIAS

• ATRAÇÃO

• REPULSÃO

12
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 cristalina

13
DEFORMAÇÃO PLÁSTICA EM MATERIAIS
POLICRISTALINOSA direção de escorregamento varia
de grão para grão
LINHAS DE ESCORREGAMENTO
Na maioria dos grãos há 2 sistemas de
escorregamento operando
14
Planos e direções de deslizamento das
discordâncias

• Sistemas de delizamentoconjunto de planos e
  direções de maior densidade atômica
• CFC 111lt110gt (mínimo 12 sistemas)
• CCC 110lt111gt (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
15
CFC 111lt110gt (mínimo 12 sistemas de
escorregamento)
Planos 111 4 Direções 3 para cada plano
16
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

17
Mecanismos de aumento de resistência dos metais

1. Aumento da resistência por adição de elemento de
   liga (formação de solução sólida ou precipitação
   de fases)
2. Aumento da resistência por redução do tamanho de
   grão
3. Aumento da resistência por encruamento
4. Aumento da resistência por tratamento térmico
   (transformação de fase) será visto posteriormente

18
1- Aumento da resistência por adição de elemento
de liga

• Os átomos de soluto podem causar tanto tração
  (átomos menores) como compressão (átomos maiores)
  na rede cristalina
• Os átomos de soluto se alojam na rede próximo às
  discordâncias de forma a minimizar a energia
  total do sistema

19
1- Aumento da resistência por adição de elemento
de liga EX INTERAÇÃO DE DISCORDÂNCIAS EM
SOLUÇÕES SÓLIDAS SUBSTITUCIONAIS
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
20
2- Aumento da resistência por diminuição do
tamanho de grão ex 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

21
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.

22
ESCOAMENTO E DISCORDÂNCIAS

• A tensão necessária para mover a discordância e
  gerar a deformação plástica está relacionada não
  só com a energia para mover e criar
  discordâncias, mas também para dissociá-las dos
  átomos de soluto.

23

• Qual das duas ligas com teores iguais de soluto
  apresentará o maior limite de escoamento?
• Al-Cu
• Al-Si

24
Dependência da tensão de escoamento com o tamanho
de grãoEQUAÇÃO DE HALL-PETCH

• ?esc ?o Ke (d)-1/2
• ?o e Ke são constantes
• ?o tensão de atrito oposta ao movimento das
  discordâncias
• Ke constante relacionada com o empilhamento das
  discordâncias
• d tamanho de grão
• Essa equação não é válida para grãos muito
  grosseiros ou muito pequenos

25
Dependência do limite de escoamento com o tamanho
de grão
26
3- 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)

27
GRAU DE DEFORMAÇÃO PLÁSTICA EM TERMOS DE TRABALHO
À FRIO (TF)

• TF Ainicial-Afinal x100
• Ainicial

28
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
29
ENCRUAMENTO E MICROESTRUTURA

• Antes da deformação

• Depois da deformação

30
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

31
MECANISMO QUE OCORRE NO AQUECIMENTO DE UM
MATERIAL ENCRUADO

• ESTÁGIOS
• Recuperação
• Recristalização
• Crescimento de grão

32
MECANISMO QUE OCORRE NO AQUECIMENTO DE UM
MATERIAL ENCRUADO
Ex Latão
33
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)

34
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

Forma-se um novo conjunto de grãos que são
equiaxiais
35
RECRISTALIZAÇÃO
Forma-se um novo conjunto de grãos que são
equiaxiais

• Pode-se refinar o grão
• de uma liga monofásica
• mediante deformação
• plástica e recristalização

36
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

37
Crescimento de grão por difusão
Pode-se refinar o grão de uma liga monofásica
mediante deformação plástica e recristalização
38
Dependência do tamanho de grão com o tempo de
aquecimento
39
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

40
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

41
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

42
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

43
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