Curso de Ps Graduao de Processos Metalrgicos de Fabricao Metalurgia Fsica

Aluno:................................................................................................................

QUESTES METALURGIA FISICA

1 - Observando-se as figuras abaixo, determinem quais correspondem aossistemas compactos, e como se podem construir as estruturas compactas a partirdo empilhamento de planos compactos.

A B C

A - Estrutura CCC no possui planos compactos, apenas direes compactas.

B - Estrutura CFC possui 4 planos e 3 direes compactas, a rede CFC construda peloempilhamento de planos compactos na sequencia ABCABC.

C Estrutura HC possui 1 plano e 3 direes compactas, a rede HC construda peloempilhamento de planos compactos na sequencia ABABA.

2 Clculos a respeito da resistncia terica de cristais no so obedecidos napratica! Qual a explicao para este comportamento. Como o tamanho degro pode influenciar na resistncia a deformao plstica de metais, aexemplo dos aos de baixo carbono.

Nos cristais reais existem defeitos cristalinos denominados discordncia, estes facilitama movimentao de planos atmicos e os cristais deformam-se mais facilmente exigindouma tenso 1000 10000 vezes menor.

3 Descreva em detalhe como as discordncias podem evitar obstculos para a suamovimentao.

Uma discordncia em cunha s pode se mover no plano de deslizamento definido pelalinha da discordncia e seu vetor de Burgers; todavia, sob certas condies, umadiscordncia em cunha pode sair do seu plano de deslizamento para um plano paralelo aeste situado acima ou abaixo. Este processo chamado de escalagem (climb) dadiscordncia, e ocorre a altas temperaturas, pois envolve difuso e migrao de lacunas.

O fenmeno do deslizamento cruzado (cross-slip) restrito s discordncias emhlice, pois sendo paralela, a linha da discordncia e o seu vetor de Burgers no definemum plano especfico de deslizamento como na discordncia em cunha; portanto, quandouma discordncia em hlice, movendo-se em um plano de deslizamento, encontra umobstculo que a bloqueia, pode mudar para outro plano de deslizamento,apropriadamente orientado, e continuar o seu movimento. Em muitos metais HC,

nenhum deslizamento cruzado observado, pois os planos de deslizamento so paralelos(no se interceptam); entretanto, adicionais sistemas de deslizamento tornam-se ativosquando esses metais so aquecidos ou formam ligas com outros, melhorando a suaductilidade. Em metais CFC e CCC, o deslizamento cruzado possvel, devido aonmero de sistemas de deslizamento que se interceptam.

4 Comente a respeito da densidade de discordncias para materiais recozidos eintensamente encruados. Discuta a respeito do papel das discordncias nadeformao plstica, supondo material a partir da ausncia total de discordncias,ate a condio recozida e por fim encruado.

O papel das discordncias na deformao plstica, nos materiais cristalinos agir comomecanismo de deformao plstica geralmente consiste no escorregamento de planosatmicos atravs da movimentao das discordncias. Um material ausente de discordnciasgeralmente possui densidade de discordncias baixas, devido seu estado sem deformaoplstica, e possui maior espao para sua movimentao. J no estado recozido, Durante arecristalizao, ocorrem formao e crescimento de novos gros com pequenas densidades dediscordncias (106 a 108 cm-2), O crescimento dos gros durante a recristalizao, ativado pelapresena de um campo de tenses devido diferena de densidade de discordncias do ncleo emrelao ao material que o cerca, na recristalizao dinmica, aps o surgimento de ncleos livres dediscordncias e com contornos de elevada desorientao, ocorre migrao desses contornos, comgrande reduo da densidade de discordncias pela sua aniquilao e surgimento de regies totalmenterecristalizadas. No encruamento, a tenso de escoamento diretamente proporcional a densidade dediscordncias, ou seja, quando a densidade de discordncias aumenta a tenso de escoamento tambmcresce. Pode-se concluir que a taxa de encruamento muito dependente da direo ou sentido que asdiscordncias so distribudas e orientadas, e com a interao de uma com as outras.

5 Defina sistema de escorregamento, apresente quantos h nas estruturas CFCeHC (c/a maior que o terico).

As discordncias movem-se com diferentes dificuldades dependendo da direo e do planode tomos. Sendo assim, existe um sistema, que caracterizado pela combinao de umplano de escorregamento e de uma direo de escorregamento preferencial para odeslocamento das discordncias. A este sistema d-se o nome de sistema de escorregamento.O sistema de escorregamento depende da estrutura cristalina do material em questo e talque a distoro atmica que acompanha o movimento de uma discordncia mnima. Oplano de escorregamento aquele no qual a densidade planar maior, sendo que a direode escorregamento apresenta a mesma caracterstica, densidade linear maior. Ex. MateriaisHC 3 planos de escorregamento e CFC 12.

6 Compare a ductilidade da estrutura CFC com a HC (c/a maior que o terico)em corpos de prova policristalinos.

Nestes materiais existe uma diferena em termos de arranjo cristalino e consequentementedirees e planos de escorregamentos preferenciais distintos, consequentemente, sistemas deescorregamento diferentes. No caso dos materiais com estrutura HC h uma quantidadeinferior de sistemas de escorregamento se comparado com os sistemas CFC e CCC, sendoeste o motivo pelo qual estes materiais apresentam maior ductilidade, ou seja, h maispossiblidades de deslocamento das discordncias nos materiais CCC e CFC se comparadocom os metais com estrutura HC.

7 Como fica o empilhamento entre as discordncias parciais no caso da estruturacristalina CFC.

Seja um cristal CFC, obtido por meio do empilhamento de planos de mxima densidadeatmica, do tipo {111}, sendo que a sequncia de empilhamento do tipoABCABCABC, A passagem de uma discordncia por um plano deste tipo causadeformao plstica e no deve provocar alterao da estrutura original do cristal.Quando a estrutura original no mantida, a discordncia denominada discordnciaparcial ou imperfeita.As falhas de empilhamento ocorrem quando uma sequncia no empilhamento de planos alterada, como resultado da deformao plstica ou de tratamento trmico. Na estruturaCFC, a sequncia de empilhamento do tipo ABCABCABC. Quando uma falha deempilhamento ocorre, tal sequncia pode ser quebrada, ocorrendo um empilhamento dotipo ABCABABC em apenas uma regio do cristal.

8 - Qual o papel da energia de defeito de empilhamento na taxa deencruamento dos metais. Explique.

A Energia de Falha de empilhamento o fator que controla os processos termicamenteativados de escorregamento cruzado e consequentemente a resistncia deformao,influenciando de forma marcante nas caractersticas mecnicas dos materiais metlicos.Metais com baixa energia de falha de empilhamento geralmente desenvolvem grandes enumerosas falhas de empilhamento no encruamento e tm caractersticas mecnicasdiferentes dos metais com alta energia de falha de empilhamento.

9 Quais as caractersticas das bandas de deformao para o caso de materiais deelevada e baixa energia de defeito de empilhamento. Explique.

Materiais com alta energia de falha de empilhamento produzem mais deslizamentocruzado, promovendo a formao de bandas de deformao, Se o deslizamento cruzado reduzido, como nos materiais com baixa energia de falha de empilhamento, aconcentrao de deformao plstica inibida.Quando a energia de falha de empilhamento baixa, as barreiras para a movimentaodas discordncias permanecem efetivas para nveis mais altos de tenso do que em ummaterial de mais alta energia de falha de empilhamento, isto , um material com baixaenergia de falha de empilhamento tende a encruar mais.

10 Compare o processo de recuperao da propriedade eltrica resistividade coma recuperao parcial da resistncia mecnica, para metais deformados a frio.Discutir em termos de energia de ativao e mecanismos.

No processo de recuperao da propriedade eltrica resistividade, apresenta ocomportamento da resistividade eltrica e da dureza, bem como a energia liberadadurante o recozimento do material encruado. A resistividade eltrica quase quecompletamente recuperada antes da etapa de recristalizao, enquanto que a quedaacentuada de dureza ocorre simultaneamente com essa etapa. J a recuperao parcial daresistncia mecnica, o termo recuperao se refere mudana nas propriedades de ummaterial deformado a frio que ocorre antes da recristalizao. Esta mudana umarestaurao parcial das propriedades do material. possvel verificar se ocorreurecuperao atravs da medio de propriedades como resistividade eltrica, tensesresiduais e propriedades mecnicas.Durante a recuperao os dois principais processos responsveis pela reduo da energiaarmazenada no material so: aniquilao de discordncias de sinais opostos e o rearranjodas mesmas de forma a adquirirem uma configurao de menor energia. Esses processoss ativados por deslizamento, escalagem e deslizamento cruzado das discordncias.

11 Qual o efeito da velocidade de aquecimento ate a temperatura derecristalizao no tamanho de gro recristalizado. Discutir.

Quanto mais alta a temperatura ou mais longo o tempo de aquecimento, maior ser ocrescimento dos gros.Materiais em estado elevado de tenses internas no podem ser aquecidos rapidamente,porque pode provocar empenamento ou aparecimento de fissuras. Pode-se nesse caso,subdividir o aquecimento em duas ou trs etapas, evitando tempo de aquecimento longo,e choque trmico de colocar o material diretamente da temperatura ambiente atemperatura muito elevada.A temperatura de aquecimento depende da composio da liga metlica; quanto maisalta a temperatura acima da recristalizao, maior segurana se tem na obteno dasmodificaes estruturais desejadas, por outro lado tamanho do gro final ser maior epode prejudicar as qualidades do material.

12 Enunciar pelo menos cinco leis da recristalizao, fazendo uma discussoconceitual para cada caso.

- Uma deformao mnima necessria para iniciar a recristalizao.

- A temperatura qual ocorre recristalizao diminui medida que o tempo de recozimentoaumenta.

- A temperatura a qual ocorre recristalizao diminui com o aumento da deformao.

- O tamanho do gro recristalizado depende da quantidade de deformao.

- Para uma dada quantidade de deformao, a temperatura de recristalizao ser aumentada.

13 Aps a recristalizao completa, existe alguma possibilidade de reduo daenergia livre do sistema. Explique.

Aps o trmino da recristalizao, se o metal for mantido a temperaturas elevadas, alteraesna sua microestrutura continuaro a ocorrer. Haver uma lenta migrao dos contornos dealguns gros, produzindo crescimento uniforme destes gros, custa do desaparecimentogradual de gros menores. Este fenmeno, conhecido como crescimento de gro, ocorre apsa recristalizao completa do metal. Os contornos de gro possuem uma elevada energia livrede superfcie. Com o crescimento de gro haver diminuio da rea total de contornos degro no metal, da resultando um decrscimo de energia livre do sistema. Esta diminuio deenergia livre exatamente a fora motriz do crescimento espontneo de gro a temperaturaselevadas.

14 Compare o processo de deformao plstica por escorregamento dediscordncias com a maclao mecnica. O que dizer a respeito da ocorrncia doultimo para o caso de policristais CCC e HC (c/a maior que o terico).

Na deformao plstica por escorregamento de discordncias, a orientao do cristalacima e abaixo do plano de deslizamento a mesma antes e depois de sua ocorrncia.Ocorre em distncias mltiplas ao espaamento atmico. Verifica-se em planosrelativamente espelhados e necessrio um tempo de vrios milissegundos para que seformem bandas de deslizamento. Na maclao mecnica acarreta uma diferena de orientao do cristal atravs do planode macla. Os movimentos atmicos so muito inferiores a uma distancia atmica, cadaplano atmico est envolvido na deformao. Formam-se tempos curtssimos(microssegundos).

15 Quais as diferenas e semelhanas entre maclas mecnicas e de recozimento.Como podem ocorrer.

A maclagem mecnica ocorre principalmente em metais CCC e HC quando estes estosujeitos s baixas temperaturas e a elevadas taxas de carregamento (deslizamento dediscordncias inibido).As maclas de recozimento so mais comuns em materiais CFC e aparecem durante oprocessamento do material.Metalograficamente, as maclas de recozimento possuem contornos paralelos e bemdefinidos enquanto as maclas mecnicas tm contornos com um aspecto lenticular.As maclas mecnicas tendem a terminar em outra macla ou no contorno de groenquanto as maclas de recozimento podem ser interrompidas no interior do gro.

16 Qual a razo da no presena de maclas de recozimento no alumnio e suapresena intensa nos aos inoxidveis austeniticos bem como no lato alfa.

As maclas de recozimento ocorrem mais frequentemente durante a recristalizao oudurante o crescimento de gro. Elas so mais frequentes em materiais com baixa energiade defeito de empilhamento. A energia do contorno coerente de macla aproximadamente a metade da energia de defeito de empilhamento. Desta maneira, esperado que materiais com baixa EDE apresentem alta frequncia de maclas derecozimento. Por exemplo, as maclas de recozimento so rarssimas em alumnio, ferro-alfa, nibio, molibdnio e tungstnio, mas so muito frequentes em cobre, prata, ouro,lato e em aos inoxidveis austeniticos.

17- Compare a nucleao homognea com a heterognea em termos dosuperesfriamento necessrio para a sua ocorrncia. Explique.

Geralmente a nucleao homognea necessita de um superesfriamento considervel, quepara alguns metais pode ser na ordem de algumas centenas de graus, para que um ncleoseja estvel e possa crescer o seu cristal.Na nucleao heterognea correndo molhabilidade, um ncleo com um raio de curvaturaigual ao raio critico, em nucleao homognea pode ser formado a partir de um nmeromuito menor de tomos do que seria necessrio para a formao de um ncleo livre noseio do lquido. O superesfriamento necessrio para a nucleao heterognea muitomenor do que o necessrio para a nucleao homognea.

18- O que vem a ser o idiomorfismo, termo utilizado em estudos de caracterizaometalogrfica por microscopia optica.

O termo idiomorfo, em contraste com alotriomorfo, significa mesma forma, ousemelhante estrutura cristalina. Isso se deve ao fato de as partculas idiomorfas,normalmente formadas no interior dos gros, estarem sujeitas a restriescristalogrficas mais rgidas do que aquelas dos alotriomorfos e, portanto, apresentaremuma forte semelhana com a estrutura do cristal em escala atmica e visvel relao comseus planos de habito.

19 - Discuta a respeito dos mecanismos de endurecimento.

Mecanismos de endurecimento so obstculos movimentao das discordncias queprovoca um aumento da resistncia mecnica do metal.

Soluo slida - tomos de soluto ocupam lugares da rede cristalina de um dado metal.Estes tomos provocam distoro na rede; para minimizar a energia do materialprocuram lugares onde se acomodam mais facilmente junto a discordncias.

Precipitao/Disperso de partculas de segunda fase - O material exibe uma segundafase, isto uma regio com composio e caractersticas distintas, dispersa na matriz.Provocam distoro na rede. As discordncias vo ter dificuldade em se movimentaratravs destas partculas (ex: carbonetos).

Contornos de gro - Regies que apresentam distoro na rede atrapalhando amovimentao das discordncias.

Encruamento - A multiplicao do nmero de discordncias durante a deformao de ummetal reduz o caminho livre entre discordncias, isto , sua movimentao reduzida.

20- Descreva como deve ser realizado um processo de analise de componentesmecnicos falhados em servio.

Um dos cuidados que se deve ter ao receber um componente que sofreu falha, primeiramente esgotar todas as informaes sobre seu funcionamento, falhas ocorridasno passado com eventuais laudos, ou pelo menos anlise qumica, dureza e metalografiadesses casos. Como passo seguinte deve-se determinar a origem da falha atravs daanlise fractogrfica, para posteriormente efetuar anlise metalogrfica nessa regio. Afratura da pea deve ser preservada o mximo possvel, pois anloga a impressodigital na investigao criminal.

21 Como pode ser classificada a fratura quanto a seus aspectos macroscpicos emicroscpicos.

Macroscpicos

Frgil - A Fratura frgil tpica no apresenta deformao plstica, pelo menos a nvelmacroscpico, e apresenta um carter instvel, ou seja, a trinca se propaga com umavelocidade que uma frao elevada da velocidade do som no metal, e no necessita.

Dctil - A fratura dctil, por seu turno, aquela com que se apresenta com deformaoplstica macroscpica. Essa fratura estvel, ou seja, para propagar necessita de cargascrescentes, ou mesmo deformao externa crescente.

Microscpicos

Plstica - deformao plstica contnua ou por coalescncia de microcavidades.

Intergranular - A propagao da trinca ao longo dos contornos de gros. Os contornos de grosso mais fracos e geralmente segregam impurezas, etc.

Clivagem - Compreende-se por clivagem a separao de planos cristalinos, com poucadeformao, com aspecto caracterstico. Este aspecto frgil de fratura incentivado peloaumento do teor de carbono, pela presena de entalhes, pelo aumento da taxa de carregamento,pelo aumento do tamanho de gro e pela diminuio da temperatura de trabalho. O aspecto de"conchas", com facetas lisas de fratura.

Quasi - Clivagem - Quando constituda por martensita revenida, bainita, ou ainda de carterintergranular quando presentes agentes fragilizadores.

Fadiga Fratura por Fadiga a degradao das propriedades mecnicas levando falhado material ou de um componente sob carregamento cclico.

Fratura transgranular - Trinca passa atravs os gros. A superfcie de fratura tem texturafacetada devido a diferentes orientaes dos planos de clivagem dos gros.

22 Como ocorre a redistribuio de soluto durante o processo de solidificao.Explique.

As solues slidas no ferro podem assumir dois caracteres distintos:

Soluo slida substitucional: Quando os tomos de soluto substituem tomos dosolvente em suas posies no reticulado.

Soluo slida intersticial: Quando os tomos de soluto ocupam espaos intersticiais noreticulado.

23 Como a solidificao influencia a distribuio de microconstituintes e fases emmateriais metlicos forjados e laminados em seu aspecto microestrutural (secotransversal e longitudinal). Explique.

A formao da microestrutura depende das condies trmicas e constitucionais nainterface slido/lquido durante a solidificao.Uma estrutura dendritica constituda pr ramos de diversas ordens, formando uma redecomplexa e tridimensional.A direo de crescimento dos ramos funo da direo do fluxo de calor e seguealgumas direes cristalogrficas preferenciais.Nas anlises microestruturais podem mostrar que variao na microestrutura emfuno da distncia com relao coquilha, ou seja, da diminuio da taxa deresfriamento. Quanto mais distante da coquilha, maior o espaamento dendrtico.Considera-se que importante que a anlise microestrutural seja feita de forma maisaprofundada, o que pode ser feito dispondo-se de mais tempo.