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
•
•
•
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
INÍCIO DA DEFORMAÇÃO
PLÁSTICA A FRIO
ENCRUAMENTO, INTERAÇÃO
ENTRE UM NÚMERO CRESCENTE
DE DISCORDÂNCIAS: A FORÇA
NECESSÁRIA AUMENTA
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:
• Deformação a morno:
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 é melhor e o
acabamento superficial
também.
• Exemplos: Laminação,
trefilação, estampagem
• 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
Extrusão
Dobramento
Trefilação
Matriz
Estiramento

Embutimento
Profundo
Cisalhamento
Laminação de metais
Forjamento em matriz aberta (esquerda) e em matriz
fechada (direita)
Deformação por maclação
•
•
•
Maclas podem ser causadas por deformações
do material, por tensões térmicas ou
mecânicas;
Maclas de deformação ocorrem em metais que
possuam estruturas cristalinas C.C.C. ou HCp
a baixas temperaturas e a taxas elevadas de
carregamento (cargas de impacto), quando
existem poucos sistemas de escorregamento
operacionais. A formação da macla pode gerar
novos sistemas operacionais.
Ligas com memória de forma:
– Esse defeito é observado em materiais
com memória de forma, que podem
recuperar sua
forma original
quando expostos a uma fonte de calor;
– As maclas desaparecem quando estes
materiais são deformados e ressurgem
quando
são aquecidos a altas
temperaturas, recuperando sua forma
original.
– Correspondem a um percentual pequeno
da deformação total
– Ao lado maclas em peça de bronze