PROPRIEDADES DOS METAIS DEFORMADOS PLASTICAMENTE

Apresentação em tema: "PROPRIEDADES DOS METAIS DEFORMADOS PLASTICAMENTE"— Transcrição da apresentação:

1 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) vem

7 MOVIMENTO DE DISCORDÂNCIAS
Direção de escorregamento Plano de escorregamento Uma distância interatômica

8 MOVIMENTO DE DISCORDÂNCIAS EM CUNHA E EM HÉLICE
vem Fonte: Prof. Sidnei/ DCMM/PUCRJ

9 DENSIDADES DE DISCORDÂNCIAS TÍPICAS
Materiais solidificados lentamente = discord./mm2 Materiais deformados= discord./mm2 Materiais deformados e tratados termicamente= discord./mm2 vem

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 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 Planos e direções de deslizamento das discordâncias
Sistemas de delizamento:conjunto de planos e direções de maior densidade atômica CFC: {111}<110> (mínimo 12 sistemas) CCC: {110}<111> (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

14 CFC: {111}<110> (mínimo 12 sistemas de escorregamento)
Planos: {111}= 4 Direções: 3 para cada plano

15 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

16 Mecanismos de aumento de resistência dos metais
Aumento da resistência por adição de elemento de liga (formação de solução sólida ou precipitação de fases) Aumento da resistência por redução do tamanho de grão Aumento da resistência por encruamento Aumento da resistência por tratamento térmico (transformação de fase): será visto posteriormente

17 INTERAÇÃO DE DISCORDÂNCIAS EM SOLUÇÕES SÓLIDAS
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

18 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

19 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.

20 Dependência da tensão de escoamento com o tamanho de grão
esc= o + Ke (d)-1/2 o e Ke são constantes d= tamanho de grão Essa equação não é válida para grãos muito grosseiros ou muito pequenos

21 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)

22 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

23 ENCRUAMENTO E MICROESTRUTURA
Antes da deformação Depois da deformação

24 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

25 MECANISMO QUE OCORRE NO AQUECIMENTO DE UM MATERIAL ENCRUADO
ESTÁGIOS: Recuperação Recristalização Crescimento de grão

26 MECANISMO QUE OCORRE NO AQUECIMENTO DE UM MATERIAL ENCRUADO
Ex: Latão

27 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)

28 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

29 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

30 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

31 TEMPERATURAS DE RECRISTALIZAÇÃO
Chumbo C Estanho C Zinco C Alumínio de alta pureza 80C Cobre de alta pureza C Latão C Níquel C Ferro C Tungstênio C

32 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

33 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

34 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

35 VARIAÇÃO DAS PROPRIEDADES EM FUNÇÃO DO ENCRUAMENTO