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Mecanismos de Deformação Plástica e Endurecimento em Metais, Notas de aula de Engenharia Civil

Este documento, parte do programa do curso introdução à ciência dos materiais para engenharia da escola politécnica da universidade de são paulo, aborda os mecanismos de deformação plástica em metais e ligas, com foco nos mecanismos de endurecimento em metais e ligas, interação entre deformação a frio e recristalização no processamento termo-mecânico de ligas, e mecanismos de deformação plástica em materiais cerâmicos e polímeros. Além disso, é apresentado o conceito de discordâncias e sua relação com a deformação plástica, e os mecanismos de endurecimento em metais e ligas, como encruamento, refino de grão, solução sólida, e precipitação ou dispersão.

Tipologia: Notas de aula

Antes de 2010

Compartilhado em 27/09/2009

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rafael-bueno-3 🇧🇷

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Baixe Mecanismos de Deformação Plástica e Endurecimento em Metais e outras Notas de aula em PDF para Engenharia Civil, somente na Docsity! ESCOLA POLITÉCNICA DA UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais DEFEITOS CRISTALINOS E DEFORMAÇÃO PLÁSTICA PMT 2100 - Introdução à Ciência dos Materiais para Engenharia 2º semestre de 2008 (versão 2007) PMT 2100 Introdução à Ciência dos Materiais para Engenharia EPUSP - 2008 (Versão 2006-2007) 2 OBJETIVOS • Discutir o papel dos defeitos cristalinos na deformação plástica de materiais cristalinos (especialmente nos metais) • Discutir os mecanismos de endurecimento em metais e ligas • Discutir a interação entre deformação a frio e recristalização no processamento termo-mecânico de ligas ROTEIRO • Mecanismos de deformação plástica em metais e ligas. • Mecanismos de endurecimento em metais e ligas. • Deformação a frio e recristalização. • Algumas informações sobre mecanismos de deformação plástica em materiais cerâmicos e polímeros PMT 2100 Introdução à Ciência dos Materiais para Engenharia EPUSP - 2008 (Versão 2006-2007) 5 Analogia entre a movimentação de uma lagarta e de uma discordância. Formação de um degrau na superfície de um metal pela movimentação de (a) uma discordância em cunha e (b) uma discordância em hélice. Deformação Plástica (a) (b) PMT 2100 Introdução à Ciência dos Materiais para Engenharia EPUSP - 2008 (Versão 2006-2007) 6 • Quando a discordância se movimenta no PLANO DE DESLIZAMENTO, que são normalmente os planos de maior densidade atômica, diz-se que o movimento é conservativo. • Se o movimento da discordância se der perpendicularmente ao vetor de Burgers, diz-se que o movimento (de escalada ou ascensão) é não conservativo. Movimentação da Discordância em Cunha Ascensão de uma discordância em cunha. Observe a aniquilação de lacunas. PMT 2100 Introdução à Ciência dos Materiais para Engenharia EPUSP - 2008 (Versão 2006-2007) 7Campo de Tensões ao Redor de uma Discordância Interação entre discordâncias em cunha no mesmo plano de deslizamento Tensões de compressão e de tração ao redor de uma discordância em cunha ⇓ ⇑ PMT 2100 Introdução à Ciência dos Materiais para Engenharia EPUSP - 2008 (Versão 2006-2007) 10Deformação Plástica em Monocristais e Policristais Escorregamento macroscópico em um monocristal Escorregamento em um monocristal de zinco Alteração da microestrutura de um metal policristalino em conseqüência da deformação plástica. PMT 2100 Introdução à Ciência dos Materiais para Engenharia EPUSP - 2008 (Versão 2006-2007) 11Deformação Plástica: Maclação • DEFORMAÇÃO POR MACLAÇÃO é um mecanismo importante na deformação plástica de metais HC e CCC, principalmente a baixas temperaturas e em altas velocidades de deformação. • A MACLA é um tipo de defeito cristalino que pode ocorrer durante a deformação plástica. • A MACLAÇÃO ocorre em um plano cristalográfico determinado segundo uma direção cristalográfica específica. Tal conjunto plano/direção depende do tipo de estrutura cristalina. PMT 2100 Introdução à Ciência dos Materiais para Engenharia EPUSP - 2008 (Versão 2006-2007) 12Deformação Plástica: Maclação Material sofrendo a deformação plástica: • os círculos vazios com linha pontilhada indicam as posições atômicas originais; • os círculos vazios com linha sólida indicam os átomos que não alteram suas posições; • os círculos cheios indicam as posições dos átomos após a movimentação. Um dos planos de maclação (twin plane) é indicado. Material ao final da deformação plástica: • círculos cheios indicam os átomos que mudaram de posição; • as linhas pontilhadas indicam os planos de maclação (twin planes). PMT 2100 Introdução à Ciência dos Materiais para Engenharia EPUSP - 2008 (Versão 2006-2007) 15 Metal policristalino dúctil Ferro deformado plasticamente Densidade de discordâncias : 2 x 1010 cm/cm3 ) Metal policristalino dúctil Ferro deformado plasticamente Densidade de discordâncias : 2 x 1011 cm/cm3 ) Endurecimento em Metais: Encruamento PMT 2100 Introdução à Ciência dos Materiais para Engenharia EPUSP - 2008 (Versão 2006-2007) 16 Variação de : (a) limite de escoamento e (b) ductilidade com o grau de deformação, em % de redução de área, %CW, para o aço AISI 1040, o latão e o Cu, trabalhados a frio. %100% x A AA CW o fo ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ − = onde Ao e Af são áreas de seção transversal, respectivamente, antes e depois da deformação. Endurecimento em Metais: Encruamento PMT 2100 Introdução à Ciência dos Materiais para Engenharia EPUSP - 2008 (Versão 2006-2007) 17 Interação entre uma discordância em movimento e um contorno de grão. 2 1 − += dkyoy σσ • Nos materiais monofásicos, a variação do limite de escoamento (σy) com o tamanho do grão médio (d) é expressa por: (Relação de Hall-Petch) onde: σo e ky são constantes características do material. Influência do tamanho de grão no limite de escoamento do latão 70%Cu – 30%Zn Contornos de grão são obstáculos para a movimentação de discordâncias. Endurecimento em Metais: Refino de Grão PMT 2100 Introdução à Ciência dos Materiais para Engenharia EPUSP - 2008 (Versão 2006-2007) 20 • Se os PRECIPITADOS forem COERENTES, as discordâncias em movimento poderão cortá-los ou cisalhá-los. • Precipitados coerentes são muito menos comuns que precipitados incoerentes. Cisalhamento de uma partícula causado pela passagem de uma discordância. Precipitados coerentes de Ni3Al em uma superliga (Waspalloy 650) cisalhados. (MET – S.D. Antolovich – U.T. Compiègnes) Endurecimento em Metais: Precipitação ou Dispersão PMT 2100 Introdução à Ciência dos Materiais para Engenharia EPUSP - 2008 (Versão 2006-2007) 21Recristalização Recristalização de latão encruado (40X). De (a) a (h) pode-se ver a recristalização e o crescimento dos grãos em temperaturas elevadas. PMT 2100 Introdução à Ciência dos Materiais para Engenharia EPUSP - 2008 (Versão 2006-2007) 22 Ciclos de deformação a frio e recozimento (cápsula para cartuchos) Recristalização Influência da temperatura de recozimento na resistência à tração e na ductilidade de uma liga de Cu-Zn.
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