UERJ CRR FAT
Disciplina
Tópico 7A
CIÊNCIA DOS MATERIAIS
A. Marinho Jr
Deformação plástica nos metais policristalinos
Movimentos de discordâncias em soluções sólidas
Quando um átomo de impureza está presente num metal, a energia associada a uma
discordância é menor que no caso de um metal puro. Assim, quando uma discordância
encontra átomos estranhos, seu movimento é restringido porque se torna necessário
fornecer energia de forma a liberá-la para o deslizamento. Daí resulta que uma solução
sólida metálica tem sempre maior resistência que os metais puros, fenômeno conhecido
como endurecimento por solução.
Propriedades dos metais deformados plasticamente
A deformação plástica deforma a estrutura interna de um metal, logo espera-se que ela
também mude as propriedades de um metal. Evidências disto podem ser obtidas em
medições de resistividade. A estrutura distorcida reduz o livre caminho médio dos elétrons
e, portanto, aumenta a resistividade. Isto pode ser visto na figura 07.1 a seguir. Uma
segunda mudança importante nas propriedades de interesse para a engenharia é a resistência
mecânica. Os metais deformados plasticamente se tornam mais fortes, devido ao fenômeno
do encruamento.
Figura 07.1 Resistividade elétrica versus trabalho a frio (redução de área em %)
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Encruamento
Embora as discordâncias contribuam para a deformação plástica, elas interferem no
movimento de outras discordâncias. Os entrelaçamentos de discordâncias aumentam a
tensão crítica de cisalhamento, c e, portanto, a resistência do material. A figura 07.2 dá
uma idéia dessa situação.
Figura 07.2 Discordâncias em aço inoxidável deformado plasticamente mostrando o
entrelaçamento de discordâncias que caracteriza o encruamento. Aumento de 30.000 vezes
em microscópio eletrônico (MET).
O aumento de dureza decorrente da deformação plástica é denominado encruamento.
Ensaios de laboratório mostram que o aumento de dureza é acompanhado por um aumento
nos limites de resistência e ao escoamento. Por outro lado, o encruamento reduz a
ductilidade. Isto pode ser visto na figura 07.3.
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Figura 07.3 Trabalho a frio versus propriedades mecânicas em latões.
Recristalização
A recristalização é um processo de crescimento de novos cristais a partir de cristais
previamente deformados. Os cristais deformados plasticamente, como os da figura 07.4 a
seguir, têm mais energia do que os não-deformados, pois estão carregados de discordâncias
e defeitos puntuais. Havendo oportunidade, os átomos irão se deslocar visando um arranjo
mais perfeito e sem deformação. Tal oportunidade aparece quando os cristais são
submetidos a temperaturas elevadas, através de um processo denominado recozimento. As
elevadas vibrações térmicas do reticulado em altas temperaturas permitem um rearranjo dos
átomos em grãos menos distorcidos. A figura 07.5 mostra o progresso dessa recristalização.
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Figura 07.4 Cobre policristalino deformado plasticamente, observado em microscópio
ótico, com aumento de 25 vezes. Notar os traços dos planos de deslizamento.
Figura 07.5 Recristalização de latão encruado, vista ao microscópio ótico com aumento de
40 vezes.
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Temperaturas de recristalização
Na figura 07.6 notamos uma queda acentuada da resistência do aluminio numa amostra
mantida por uma hora a 300ºC. Com uma deformação inicial de 75%, esta amostra foi
quase totalmente recristalizada naquele período. Em contraste, amostras aquecidas durante
uma hora a 200ºC retêm, quase que inteiramente, sua resistência máxima obtida durante a
deformação a frio de 75%. A figura mostra um exemplo de temperatura de recristalização,
TR, neste caso de aproximadamente 270ºC, onde a microestrutura e a resistência variam
drasticamente. A temperatura de recristalização é determinada por vários fatores. Em geral,
ela está situada entre 0,3 e 0,6 Tm, onde Tm é a temperatura absoluta de fusão do material.
Figura 07.6 Limite de escoamento versus temperatura de recozimento para o aluminio.
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Trabalho a quente e trabalho a frio nos metais
Nas operações de produção distingue-se trabalho a quente de trabalho a frio, não apenas
pela temperatura, mas pela relação entre as temperaturas de processamento e de
recristalização. O trabalho a quente refere-se aos processos de conformação realizados a
temperaturas acima da de recristalização. O trabalho a frio, os realizados abaixo daquela
temperatura.
Comportamento de metais policristalinos
Os metais policristalinos deformam-se de modo diferente dos monocristalinos. O
monocristal HC da figura 06.10 vista anteriormente não foi afetado por cristais adjacentes.
Ao contrário, na figura 07.4 fica evidente que o grão central de cobre não escoou
independentemente de seus grãos vizinhos.
Revisão 00 Março de 2009
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