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Eleani Maria da Costa -PGETEMA/PUCRS 1 4-PROPRIEDADES DOS METAIS DEFORMADOS PLASTICAMENTE A capacidade de um material se deformar plasticamente está relacionado.

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1 Eleani Maria da Costa -PGETEMA/PUCRS 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 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 Eleani Maria da Costa -PGETEMA/PUCRS 3 PROPRIEDADES DOS METAIS DEFORMADOS PLASTICAMENTE A capacidade de um material se deformar plasticamente está relacionado com a habilidade das discordâncias se movimentarem

4 Eleani Maria da Costa -PGETEMA/PUCRS 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 Eleani Maria da Costa -PGETEMA/PUCRS 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 Eleani Maria da Costa -PGETEMA/PUCRS 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) vem

7 Eleani Maria da Costa -PGETEMA/PUCRS 7 MOVIMENTO DE DISCORDÂNCIAS Plano de escorregamento Direção de escorregamento Uma distância interatômica

8 Eleani Maria da Costa -PGETEMA/PUCRS 8 MOVIMENTO DE DISCORDÂNCIAS EM CUNHA E EM HÉLICE vem Fonte: Prof. Sidnei/ DCMM/PUCRJ

9 Eleani Maria da Costa -PGETEMA/PUCRS 9 DENSIDADES DE DISCORDÂNCIAS TÍPICAS Materiais solidificados lentamente = 10 3 discord./mm 2 Materiais deformados= discord./mm 2 Materiais deformados e tratados termicamente= discord./mm 2 vem

10 Eleani Maria da Costa -PGETEMA/PUCRS 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. vem

11 Eleani Maria da Costa -PGETEMA/PUCRS 11 INTERAÇÃO DE DISCORDÂNCIAS ATRAÇÃO REPULSÃO

12 Eleani Maria da Costa -PGETEMA/PUCRS 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 Eleani Maria da Costa -PGETEMA/PUCRS 13 DEFORMAÇÃO PLÁSTICA EM MATERIAIS POLICRISTALINOS A direção de escorregamento varia de grão para grão LINHAS DE ESCORREGAMENTO Na maioria dos grãos há 2 sistemas de escorregamento operando

14 Eleani Maria da Costa -PGETEMA/PUCRS 14 Planos e direções de deslizamento das discordâncias Sistemas de delizamento: conjunto de planos e direções de maior densidade atômica CFC: {111} (mínimo 12 sistemas) CCC: {110} (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 Eleani Maria da Costa -PGETEMA/PUCRS 15 CFC: {111} (mínimo 12 sistemas de escorregamento) Planos: {111}= 4 Direções: 3 para cada plano

16 Eleani Maria da Costa -PGETEMA/PUCRS 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 Eleani Maria da Costa -PGETEMA/PUCRS 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 Eleani Maria da Costa -PGETEMA/PUCRS 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 Eleani Maria da Costa -PGETEMA/PUCRS 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 Eleani Maria da Costa -PGETEMA/PUCRS 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 Eleani Maria da Costa -PGETEMA/PUCRS 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 Eleani Maria da Costa -PGETEMA/PUCRS 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 Eleani Maria da Costa -PGETEMA/PUCRS 23 Qual das duas ligas com teores iguais de soluto apresentará o maior limite de escoamento? Al-Cu Al-Si

24 Eleani Maria da Costa -PGETEMA/PUCRS 24 Dependência da tensão de escoamento com o tamanho de grão EQUAÇÃO DE HALL-PETCH esc = o + K e (d) -1/2 o e K e são constantes o = tensão de atrito oposta ao movimento das discordâncias K e = constante relacionada com o empilhamento das discordâncias d= tamanho de grão Essa equação não é válida para grãos muito grosseiros ou muito pequenos

25 Eleani Maria da Costa -PGETEMA/PUCRS 25 Dependência do limite de escoamento com o tamanho de grão

26 Eleani Maria da Costa -PGETEMA/PUCRS 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 Eleani Maria da Costa -PGETEMA/PUCRS 27 GRAU DE DEFORMAÇÃO PLÁSTICA EM TERMOS DE TRABALHO À FRIO (TF) %TF= A inicial -A final x100 A inicial

28 Eleani Maria da Costa -PGETEMA/PUCRS 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 Eleani Maria da Costa -PGETEMA/PUCRS 29 ENCRUAMENTO E MICROESTRUTURA Antes da deformação Depois da deformação

30 Eleani Maria da Costa -PGETEMA/PUCRS 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 Eleani Maria da Costa -PGETEMA/PUCRS 31 MECANISMO QUE OCORRE NO AQUECIMENTO DE UM MATERIAL ENCRUADO ESTÁGIOS: Recuperação Recristalização Crescimento de grão

32 Eleani Maria da Costa -PGETEMA/PUCRS 32 MECANISMO QUE OCORRE NO AQUECIMENTO DE UM MATERIAL ENCRUADO Ex: Latão

33 Eleani Maria da Costa -PGETEMA/PUCRS 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 Eleani Maria da Costa -PGETEMA/PUCRS 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 Eleani Maria da Costa -PGETEMA/PUCRS 35 RECRISTALIZAÇÃO Pode-se refinar o grão de uma liga monofásica mediante deformação plástica e recristalização Forma-se um novo conjunto de grãos que são equiaxiais

36 Eleani Maria da Costa -PGETEMA/PUCRS 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 Eleani Maria da Costa -PGETEMA/PUCRS 37 Crescimento de grão por difusão Pode-se refinar o grão de uma liga monofásica mediante deformação plástica e recristalização

38 Eleani Maria da Costa -PGETEMA/PUCRS 38 Dependência do tamanho de grão com o tempo de aquecimento

39 Eleani Maria da Costa -PGETEMA/PUCRS 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 Eleani Maria da Costa -PGETEMA/PUCRS 40 TEMPERATURAS DE RECRISTALIZAÇÃO Chumbo- 4C Estanho- 4C Zinco 10C Alumínio de alta pureza 80C Cobre de alta pureza 120C Latão C Níquel 370C Ferro 450C Tungstênio 1200C

41 Eleani Maria da Costa -PGETEMA/PUCRS 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 Eleani Maria da Costa -PGETEMA/PUCRS 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 Eleani Maria da Costa -PGETEMA/PUCRS 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


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