Atividade Aula 7 Sol | Sólido | Metais
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PROPRIEDADES DOS MATERIAIS 2012 1 ATIVIDADE AULA 7 Discordncias e Mecanismos de Aumento de Resistncia Soluo
1. Considere duas discordncias aresta com sinais opostos e que possuem planos de escorregamento separados por vrias distncias atmicas, conforme indicado no diagrama. Descreva sucintamente o defeito que resulta quando essas duas discordncias ficam alinhadas uma com a outra. Resposta: Duas discordncias com sinais opostos e que possuem o mesmo plano de escorregamento sero atradas uma para a outra, conforme est indicado no diagrama, e quando elas se encontrarem ir ocorrer uma anulao das discordncias. Isto , os dois semiplanos adicionais de tomos iro se alinhar e se tornar um plano completo.
2. Para cada uma das discordncias aresta, espiral e mista, cite a relao entre a direo da tenso de cisalhamento aplicada e a direo do movimento da linha da discordncia. Resposta: Para uma discordncia aresta, a direo do movimento da linha da discordncia paralela direo da tenso de cisalhamento. Para uma discordncia espiral, a direo do movimento da linha da discordncia perpendicular direo da tenso de cisalhamento. Para uma discordncia mista, a direo do movimento da linha da discordncia no nem perpendicular nem tampouco paralela direo da tenso de cisalhamento, estando localizada entre esses dois extremos. 3. (a) Defina um sistema de escorregamento. (b) Informe se todos os metais possuem o mesmo sistema de escorregamento. Por que, ou por que no? Resposta: (a) As discordncias se movem com um maior grau de facilidade em direes especficas, conhecidas como direo de escorregamento, dentro de um plano preferencial, chamado de plano de escorregamento. Um sistema de escorregamento uma combinao de um plano de escorregamento com uma direo de escorregamento. (b) No, porque cada metal possui uma estrutura cristalina especfica, e o plano de escorregamento ser aquele que possui empacotamento atmico mais denso nesta estrutura, valendo o mesmo para a direo de escorregamento. Por exemplo, um dos sistema de escorregamento da estrutura cristalina CFC formado pelo plano/direo [111] (110), enquanto que para a estrutura cristalina CCC existe o sistema de escorregamento [110] (111).
4. (a) Compare as densidades planares para os planos (100), (110) e (111) para a estrutura cristalina CFC. (b) Compare as densidades planares para os planos (100), (110) para a estrutura cristalina CCC. (c) Compare as densidades lineares para as direes [100], [110] e [111] para a estrutura cristalina CFC (d) Compare as densidades lineares para as direes [100], [110] e [111] para a estrutura cristalina CCC. Resposta: (a) Densidade Planar CFC: DP (100) = DP (110) = DP (111) =
(b) Densidade Planar CCC DP (100) = DP (110) =
(c) Densidade Linear CCC DL [100] = DL [110] = DL [111] =
(d) Densidade Linear CFC DL [100] = DL [110] = DL [111] =
5. Liste quatro diferenas principais entre a deformao por maclagem e a deformao por escorregamento em relao ao mecanismo, s condies de ocorrncia e ao resultado final. Resposta: As principais diferenas entre a deformao por maclagem e por escorregamento so: 1. Para o escorregamento, a orientao cristalogrca acima e abaixo do plano de escorregamento a mesma, tanto antes como depois da deformao; por outro lado, para a maclagem, existir uma reorientao atravs do plano da macia. 2. O escorregamento ocorre em mltiplos distintos do espaamento atmico, enquanto o deslocamento atmico para a maclagem menor do que a separao interatmica. 3. Maclas de deformao ocorrem em metais que possuem estruturas cristalinas CCC e HC a baixas temperaturas e a taxas elevadas de carregamento (cargas de impacto), condies segundo as quais o processo de escorregamento est restrito; isto , existem poucos sistemas de escorregamento que podem ser operacionalizados. 4. A quantidade de deformao plstica volumtrica devida a maclagem normalmente pequena em comparao aquela que resulta do escorregamento. Contudo, a importncia real da maclagem reside nas reorientaes cristalogrficas que a acompanham; a maclagem pode colocar novos sistemas de escorregamento em orientaes que so favorveis em relao ao eixo de tenso, de tal modo que o processo de escorregamento pode ento ocorrer.
6. Explique sucintamente por que contornos de gro com baixo ngulo no so to eficazes na interferncia no processo de escorregarnento quanto so os contornos de gro com alto ngulo. Resposta: O contorno de gro atua como uma barreira ao movimento das discordncias, uma vez que os dois gros possuem orientaes diferentes e uma discordncia que atravessa um gro, ao chegar ao contorno, ter que alterar sua direo de movimento sendo que isso se torna mais difcil medida que a diferena de orientao cristalogrfica aumenta. Contornos de gro de baixo ngulo no so eficazes na interferncia no processo de escorregamento devido ao leve desalinhamento cristalogrfico atravs do contorno.
7. Explique sucntarnente por que metais HC so em geral mais frgeis do que metais CFC e CCC. Resposta: Metais com estruturas cristalinas CFC e CCC possuem um nmero relativamente grande de sistemas de escorregamento (pelo menos 12, podendo chegar at 24). Esses metais so bastante dcteis, pois uma extensa deformao plstica normalmente possvel ao longo dos vrios sistemas. De maneira contraria
metais com estrutura HC, com poucos sistemas de escorregamento ativos (de 3 a 6 no mximo), normalmente so bastante frgeis.
8. Descreva com suas prprias palavras os trs mecanismos para aumento de resistncia discutidos neste captulo (isto , reduo no tamanho do gro, aumento de resistncia por soluo slida e encruamento). Certifique-se de explicar como as discordncias esto envolvidas em cada uma das tcnicas de aumento de resistncia. Resposta: Reduo no tamanho de gro: O contorno de gro atua como uma barreira ao movimento das discordncias, uma vez que os dois gros possuem orientaes diferentes e uma discordncia que atravessa um gro, ao chegar ao contorno, ter que alterar sua direo de movimento sendo que isso se torna mais difcil medida que a diferena de orientao cristalogrfica aumenta. Um material com granulao fina, que possui gros pequenos, mais duro e mais resistente (e tambm mais tenaz) do que um material que possui granulao grosseira, porque possui maior rea de contornos de gro para dificultar o movimento das discordncias Contornos de gro de baixo ngulo no so eficazes na interferncia no processo de escorregamento devido ao leve desalinhamento cristalogrfico atravs do contorno. Aumento de resistncia por soluo slida: Outra tcnica utilizada para aumentar a resistncia e endurecer metais consiste na formao de ligas com tomos de impurezas que entram quer em soluo slida substitucional, quer em soluo slida intersticial. O aumento da concentrao de impurezas resulta em um consequente aumento no limite de resistncia trao e no limite de escoamento. As ligas so mais resistentes do que os metais puros, pois os tomos de impurezas que entram em soluo slida impem geralmente deformaes da rede cristalina sobre os tomos hospedeiros vizinhos. Dessa forma, movimento das discordncias restringido devido s Interaes do campo de deformao da rede cristalina entre as discordncias e esses tomos de impurezas. Encruamento: O fenmeno de encruamento e explicado com base em interaes entre campos de deformao de discordncias. A densidade de discordncias em um metal aumenta com a deformao ou com o encruamento, devido multiplicao (ou formao de novas) discordncias. Consequentemente, a distncia mdia de separao entre as discordncias diminui. Na mdia, as interaes de deformao discordncias-discordncias so repulsivas. Como resultado o movimento de uma discordncia dificultado pela presena de outras discordncias. medida que a densidade de discordncias aumenta essa resistncia ao movimento das discordncias por outras discordncias se torna mais pronunciada. Dessa forma, a tenso imposta, necessria para deformar um metal, aumenta com o aumento do trabalho a frio,
9. Ao se realizar medies de dureza, qual ser o efeito em se efetuar uma impresso muito prxima a uma impresso pr-existente? Por qu? Resposta: O resultado da medio ficar prejudicado, obtendo-se valores maiores que o real. Isto ocorre porque, devido deformao provocada pelo ensaio, as regies muito prximas xicararo encruadas e consequentemente com maior resistncia mecnica do que o material original
10. Cite sucintamente as diferenas entre os processos de recuperao e de recristalizao. Resposta: Durante a recuperao, uma parte da energia interna de deformao armazenada e liberada em virtude do movimento das discordncias, devido a uma melhor difuso atmica temperatura mais elevada. Mesmo aps o processo de recuperao estar completo, os gros ainda se apresentam em um estado de energia de deformao relativamente elevado. A recristalizao e o processo de formao de um novo conjunto de gros livres de deformao, equiaxiais e com baixas densidades de discordncias.
11. Explique as diferenas na estrutura dos gros para um metal que tenha sido trabalhado a frio e para um que tenha sido trabalhado a frio e depois recristalizado. Resposta: No material trabalhado a frio os gros esto deformados, tornando-se estreitos, alongados e com alta concentrao de discordncias. Na recristalizao ocorre formao de um novo conjunto de gros livres de deformao, equiaxiais e com baixas densidades de discordncias.
12 Explique sucintamente por que alguns metais (por exemplo, o chumbo e o estanho) no encruam quando so deformados temperatura ambiente. Resposta: A temperatura de recristalizao tipicamente se encontra entre um tero e metade da temperatura absoluta de fuso. Para o estanho, a temperatura absoluta de fuso de 505 K (232C) Para o chumbo a temperatura absoluta de fuso de 600 K (327C). Portanto o estanho recristaliza entre 168 e 252 K (-105 e 21 C) e o chumbo entre 200 e 300 K (-73 e 21 C). Ento, temperatura ambiente, no ser possvel encrualos, pois eles recristalizam a temperaturas menores. Em tabelas especficas encontra-se - 4 C como a temperatura de recristalizao de ambos.
13. (a) Qual a fora motriz para a recristalizao? (b) E para o crescimento de gro? Resposta: (a) a diferena entre as energias internas do material deformado e do material sem deformao. (b) a reduo da energia devido diminuio da rea total dos contornos, medida que os gros aumentam de tamanho.