Baixe Introdução à Ciência dos Materiais para Engenharia: Defeitos Cristalinos e outras Notas de aula em PDF para Engenharia Civil, somente na Docsity! 1 ESCOLA POLITÉCNICA DA UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais PMT 2100 - Introdução à Ciência dos Materiais para Engenharia 2º Semestre de 2005 DEFEITOS CRISTALINOS PMT 2100 - Introdução à Ciência dos Materiais para Engenharia - 2005 2 Defeitos Cristalinos • Apresentar os principais tipos de defeitos cristalinos dos materiais de engenharia. • Defeitos puntiformes. • Impurezas. • Soluções sólidas. • Defeitos de linha. • Defeitos bidimensionais. • Observação da Microestrutura Objetivo Roteiro 2 PMT 2100 - Introdução à Ciência dos Materiais para Engenharia - 2005 3 Defeitos Cristalinos • Defeito cristalino: imperfeição do reticulado cristalino • Classificação dos defeitos cristalinos: • Defeitos puntiformes (associados com uma ou duas posições atômicas): lacunas e átomos intersticiais. • Defeitos de linha (defeitos unidimensionais): discordâncias • Defeitos bidimensionais (fronteiras entre duas regiões com diferentes estruturas cristalinas ou diferentes orientações cristalográficas): contornos de grão, interfaces, superfícies livres, contornos de macla, defeitos de empilhamento. • Defeitos volumétricos (defeitos tridimensionais): poros, trincas e inclusões. PMT 2100 - Introdução à Ciência dos Materiais para Engenharia - 2005 4Defeitos puntiformes : Lacunas e Auto-Intersticiais • Lacuna (“vacancy”): ausência de um átomo em um ponto do reticulado cristalino. • Podem ser formadas durante a solidificação ou como resultado de vibrações atômicas. • Existe uma concentração de equilíbrio de lacunas. −= kT Q NN LL exp onde: N ≡ número total de posições atômicas NL ≡ número de lacunas QL ≡ energia de ativação para formação de lacunas k ≡ constante de Boltzmann T ≡ temperatura absoluta 5 9Defeitos puntiformes em sólidos iônicos • A neutralidade elétrica tende a ser respeitada. • Defeito de Schottky : lacuna aniônica + lacuna catiônica • Defeito de Frenkel : cátion intersticial + lacuna catiônica PMT 2100 - Introdução à Ciência dos Materiais para Engenharia - 2005 10Defeitos puntiformes em sólidos iônicos Não-estequiometria Impurezas • Exemplos de aplicação – Resistências de fornos elétricos (condutividade elétrica de cerâmicas em alta temperatura). – Sensores de gases. – Materiais com propriedades magnéticas interessantes. 6 PMT 2100 - Introdução à Ciência dos Materiais para Engenharia - 2005 11 DEFEITOS DE LINHA : Discordância em Cunha Arranjo dos átomos em torno de uma discordância em cunha (“edge dislocation”) PMT 2100 - Introdução à Ciência dos Materiais para Engenharia - 2005 12 Discordância em hélice (“screw dislocation”) Arranjo dos átomos em torno de uma discordância em hélice DEFEITOS DE LINHA : Discordância em Hélice 7 PMT 2100 - Introdução à Ciência dos Materiais para Engenharia - 2005 13 • A magnitude e a direção da distorção do reticulado associada a uma discordância podem ser expressas em termos do vetor de Burgers, b. • O vetor de Burgers pode ser determinado por meio do circuito de Burgers. Defeitos de Linha Circuito de Burgers Discordância em Cunha Circuito de Burgers Discordância em Hélice PMT 2100 - Introdução à Ciência dos Materiais para Engenharia - 2005 14Defeitos de Linha • A linha de discordância delimita as regiões cisalhada e não cisalhada. • Uma discordância não pode terminar no interior de um cristal. Linha de Discordância e Plano de Escorregamento 10 19• Outros defeitos bidimensionais são possíveis: – Falhas de empilhamento (encontradas em metais CFC) Defeitos em Volume • Além dos defeitos apresentados nas transparências anteriores, os materiais podem apresentar outros tipos de defeitos, que se apresentam em escalas muito maiores. • Esses defeitos normalmente são introduzidos nos processos de fabricação, e podem afetar fortemente as propriedades dos produtos. • Exemplos: inclusões, poros, trincas, precipitados . 20Observação Microestrutural • Observação estrutural: macroestrutura e microestrutura. • Observação da macroestrutura: a olho nu ou com baixos aumentos (até ~10X). • Observação da microestrutura: microscopia óptica e microscopia eletrônica. Macroestrutura de um lingote de chumbo apresentando os diferentes grãos. 11 21Observação Microestrutural (microscopia óptica) (a) e (b) Formação do contraste entre grãos. (c) Micrografia óptica de um latão (Cu-Zn) policristalino. Aumento: 60X. (a) e (b) Formação da imagem dos contornos de grão. (c) Micrografia óptica de uma liga Fe-Cr. Aumento: 100X. (a) (b) (c) (a) (b) (c) PMT 2100 - Introdução à Ciência dos Materiais para Engenharia - 2005 22 • Capítulos do Callister tratados nesta aula – Capítulo 4 : completo – Capítulo 7 : Maclas, item 7.7 . – Capítulo 13: Defeitos em sólidos iônicos, item 13.5 . • Outras referências importantes – Van Vlack , L. - Princípios de Ciência dos Materiais, 3a ed. • Capítulo 4 : itens 4-1 a 4-9 – Padilha, A.F. – Materiais de Engenharia. Hemus . São Paulo. 1997. • Capítulos 9 e 10.
