Introdução à Cristalografia e Defeitos Cristalinos – Parte 2 COT – 741: Princípios de Deformação Plástica

Os Estados da Matéria Sólido; Líquido; Gasoso; Plasma. Cristalinos; Sólidos; Líquidos. Amorfos Líquidos; Gasosos; Plasma (?).

Cristalinos São aqueles que apresentam ordenação atômica de longo alcance; Nos sólidos essa ordenação atômica é observada tridimensionalmente; Para os líquidos, o agrupamento das moléculas que o compõe pode apresentar certa ordenação em uma direção.

Cristais Líquidos Para saber tudo sobre física e química dos cristais líquidos visite: http://plc.cwru.edu/tutorial/enhanced/files/lc/Intro.htm Para saber mais sobre defeitos em cristais líquidos consulte o livro “The Structure of Materials”

Amorfos Não apresentam ordenação atômica de longo alcance, somente de curto alcance; Nos líquidos essa ordenação é instantânea. Alguns pontos isolados apresentam ordenação. Instantes depois essa ordenação desaparece, surgindo em outro lugar; Nos sólidos amorfos produzidos por solidificação rápida, a estrutura instantânea de um líquido é mantida, logo, pontos de ordenação atômica de curto alcance estão presentes; Gases não apresentam ordenação atômica de nem de curto nem de longo alcance; Plasmas são mais complicados...

Ligas Metálicas Amorfas Costumam apresentar propriedades mecânicas únicas, como dureza elevadíssima; Deformam-se plasticamente de uma maneira diferente dos materiais cristalinos; Possuem propriedades magnéticas muito superiores aos metais e ligas cristalinas. Um texto introdutório sobre deformação plástica em ligas metálicas amorfas pode ser obtida clicando aqui.

Resistência Teórica dos Metais Cristalinos Para deformar plasticamente é necessário deslizar planos atômicos uns sobre os outros; Isso é obtido pela mudança de posição simultânea de átomos de uma posição perfeita da rede para uma outra; Estes cálculos forma feitos inicialmente por Frenkel em 1926.

  a b Rede cristalina perfeita. Para deformá-la plasticamente é necessário quebrar todas as ligações atômicas num plano (representadas em vermelho). = tensão cisalhante aplicada G = módulo de cisalhamento b = espaçamento entre átomos na direção de cisalhamento a = espaçamento entre as camadas de átomos x = translação das duas camadas de átomos de sua posição de equilíbrio

A função senoidal é periódica em b e se reduz para a lei de Hook para pequenas deformações x/a, logo sen (2πx/b)≈(2πx/b). O valor de  máximo é então a tensão cisalhante crítica teórica te. O valor será máximo quando sen = 1. Expressões mais realistas nos fornecem te≈ G/30. Embora sejam cálculos aproximados, esses valores são diversas ordens de grandeza maior do que os observados em materiais reais. POR QUÊ?

Valores Teóricos vs. Práticos Material Módulo de Cisalhamento (MPa) te≈ G/30 (MPa) Tensão Lim. Escoamento (MPa) Tensão Lim. Resist. à Tração (MPa) Alumínio 25000 833 35 90 Latão (70-30) 37000 1233 75 300 Cobre 46000 1533 69 200 Níquel 76000 2533 138 480 Aço 1020 83000 2766 180 380 Titânio 45000 1500 450 520 Dados retirados de W. D. Callister, Jr. “Ciência e Engenharia de Materiais: Uma Introdução”. LTC Editora, Rio de Janeiro, 2002.

Discordâncias e Cristais Perfeitos Somente em 1934, Orowan, Polayni e Taylor conseguiram diferenciar, independentemente, os valores práticos dos teóricos, levando em conta a presença de defeitos nos cristais; Há poucos anos foi desenvolvido um material metálico virtualmente livre de defeitos, os Whiskers. Estes materiais quando submetidos a um carregamento externo apresentam resistência da ordem de grandeza da resistência teórica proposta para um cristal perfeito.