DEFORMAÇÃO PLÁSTICA DOS METAIS

Quando a tensão supera a de escoamento iniciam-se as rupturas das ligações químicas e os movimentos atômicos no interior dos materiais. Essa deformação é permanente e não modifica o reticulado atômico já que os movimentos são sempre de um número inteiro de parâmetros de rede Como os átomos tem uma tendência a rolarem uns sobre os outros, são os esforços de cisalhamento os responsáveis pelos movimentos atômicos. Desta forma mesmo os esforços externos sendo de tração ou compressão, as tensões responsáveis pela deformação plástica serão as de cisalhamento No caso dessas forças, as tensões de cisalhamento responsáveis pela deformação serão componentes desses valores externos.

As tensões de tração e compressão externas se transformam em componentes de cisalhamento no interior dos materiais

Observou-se que a força necessária na prática, para se fazer um plano escorregar sobre outro era 20 X menor que o valor teórico calculado. Isso se deve a presença de um defeito em linha que todos os materiais cristalinos possuem chamado de discordâncias As discordâncias são planos incompletos de átomos gerados no momento da cristalização devido a má formação dos planos vizinhos

Discordância em cunha ou de aresta: Imperfeição em linha (a) Um cristal perfeito; (b) Um plano extra é inserido no cristal (a); O vetor de Burgers ḃ equivale à distância necessária para fechar o contorno formado pelo mesmo número de átomos ao redor da discordância de aresta.

Imperfeições Cristalinas em Linha - Discordâncias em Hélice

Há dois tipos de discordãncias, a em cunha (a) e a helicoidal (b) ou em espiral. Quando as duas aparecem juntas no material tem-se as discordâncias mistas ou combinadas

Características das discordâncias: Geram tensões de tração e compressão no reticulado próximo, além disso podem se repelir (a) ou se anular (b) dependendo da localização dessas forças.

Sistemas de escorregamento As discordâncias se movem preferencialmente em direções e planos de maior densidade atômica entre as existentes no sistema cristalino. Ao lado um plano de escorregamento e suas 3 direções possíveis dentro desse plano para o sistema C.F.C..

Um dos planos de escorregamento e uma direção de escorregamento para o sistema C.C.C.

Os 3 sistemas de escorregamento para o sistema hexagonal compacto são os planos basais e o central

Número de sistemas de escorregamento e sua influência na deformabilidade dos metais Os metais com estrutura C.F.C. tem 12 sistemas de alta densidade atômica.Ex:Cu, Al, Pb, Ag Au etc... Os metais C.C.C. tem 48 sistemas mas com menor densidade atômica. De maneira geral, esses metais deformam menos até a ruptura que os metais C.F.C.Ex:Fe α, Mo, W, Cr Nb Os metais HC possuem planos de alta densidade atômica mas em número apenas de 3, o que os torna materiais normalmente frágeis.

Escorregamento em monocristais O mecanismo de escorregamento e de deformação plástica, pode ser, inicialmente, mais facilmente entendido em monocristais podendo-se depois extrapolá-lo para policristais. As forças causadoras da def. plástica são de cisalhamento mas muitas vezes as forças externas são de tração ou compressão como já foi dito. A intensidade da força de cisalhamento atuante sobre os planos dependerá da força externa e dos ângulos dessa força em relação ao plano e a direção de escorregamento. Quando qualquer dos ângulos forem 90º a força de cisalhamento responsável pelo escorregamento será nula. Se forem de 45º será máxima. A soma dos ângulos não são em geral 90º uma vez que a força e as duas direções não necessitam estar contidas em um mesmo plano.

Deformação plástica em materiais policristalinos O escorregamento é mais complexo devido ao grande número de grãos com orientações diferentes Cada grão possuirá planos e direções de escorregamentos com ângulos distintos dos vizinhos, mesmo se tratando do mesmo sistema de escorregamento. (orientações cristalinas diferentes em cada grão) Quando se supera a tensão de escoamento inicia o movimento das discordâncias nos grãos melhores orientados com a tensão externa aplicada em relação ao sistema de escorregamento preferencial.Os grãos vizinhos, não tão bem orientados, terminam dificultando a deformação do primeiro. Além das dificuldades das discordâncias passarem pelos contornos de grão. Essas restrições fazem dos materiais policristalinos, materiais mais resistentes que os monocristais. A deformação generalizada causa distorções também nos grãos indicando o sentido da deformação.

Efeito do contorno de grão na resistência dos materiais Quando uma discordância encontra um contorno de grão ela tem que mudar de direção já que o sistema de escorregamento também muda. Além disso a região do contorno (de 2 a 10 Å) é conturbada onde os átomos não tem uma organização definida. Assim quanto menores os tamanhos de grão mais contornos estarão no caminho das discordâncias necessitando de mais força de cisalhamento sobre os planos para realizar a deformação plástica. O material fica mais resistente.

Concentração de discordâncias na região adjacente a um contorno de grão. Microscópio eletrônico de transmissão 60.000 vezes

Encruamento nos metais Quando se deforma um metal em baixas temperaturas ( trabalho a frio) ele se torna mais duro e mais resistente ao mesmo tempo em que se torna menos dútil ou mais frágil. %Tf= (Ao – Af / Ao) x 100 O encruamento é explicado pela interação dos campos de deformação das discordâncias, que são aumentadas pela deformação, exigindo cada vez mais força para seguir deformando.

Movimento das discordâncias em analogia com a movimento de um tapete:Antes e após trabalho a frio ENCRUAMENTO, INTERAÇÃO ENTRE UM NÚMERO CRESCENTE DE DISCORDÂNCIAS: A FORÇA NECESSÁRIA AUMENTA INÍCIO DA DEFORMAÇÃO PLÁSTICA A FRIO

Recuperação, recristalização e crescimento de grão Para anular os efeitos do encruamento e voltar a ter as propriedades anteriores à deformação plástica deve-se fazer um tratamento térmico chamado de recozimento para recristalização que possui 3 etapas: Recuperação: ocorre um alívio de parte das tensões internas. Recristalização: (temperatura entre1/3 e 1/2 da temperatura absoluta de fusão, em K ) Nucleiam novos grãos no material com a forma anterior à deformação e as propriedades mecânicas voltam aos valores originais Crescimento de grãos: Após a recristalização estar completa, os novos grãos continuarão a crescer, prejudicando as propriedades mecânicas e a resistência ao choque

Influencia da temperatura de recristalização

Influência do percentual de trabalho a frio na temperatura de recristalização

Temperatura de recristalização (temperatura em que o material recristaliza em 1 hora) e de fusão para diversos metais e ligas

Tipos de conformação mecânica Deformação a frio: Ocorre em temperatura abaixo da temperatura de recristalização do metal ou da liga. Nesse tipo de conformação há mudanças das propriedades (encruamento). A precisão dimensional e melhor e o acabamento superficial também. Exemplos: Laminação, trefilação, estampagem Deformação a morno: Ocorre a temperatura superior a de recuperação evitando uma parte das tensões residuais geradas pelo processo. No entanto há encruamento. Deformação a quente: Ocorre a temperaturas superiores a temperatura de recristalização. Não há encruamento (o material recristaliza instantaneamente) o que permite grandes deformações e com menores esforços. Exemplos: Laminação, forjamento, extrusão.

Vários processos de conformação mecânica que envolvem deformação plástica Forjamento Laminação Dobramento Trefilação Embutimento Profundo Cisalhamento  Estiramento Matriz

Laminação de metais

Diversos perfis e barras feitas por conformação por laminação

Forjamento em matriz aberta (esquerda) e em matriz fechada (direita)