Defeitos interfaciais

Teoria Completa

Faaaaaaala pessoal!!! Tudo bem com vocês?

Falhas de empilhamento

Vimos em textos anteriores que a formação de estruturas cristalinas HC e CFC são obtidas por meio do empilhamento de planos atômicos.

Para a formação da estrutura cristalina HC nota-se a seguinte sequência de plano ABABABABABABAB. Já para a formação da estrutura CFC temos a sequência de plano ABCABCABCABCABC.

a)

Na figura acima vemos a estrutura cristalina HC e a estrutura cristalina CFC, representadas, respectivamente, pelas letras a e b.

Durante o crescimento de um material cristalino pode, algumas vezes, ocorrer o colapso de um vazio, ou interação de discordâncias, assim um ou mais planos destas estruturas podem faltar. Originando o defeito conhecido como falha de empilhamento ou falha de engavetamento. Assim, as sequências ABCABAABCACBABC e ABABAAABBB são típicas falhas de empilhamento que ocorrem nas estruturas CFC e HC, respectivamente, onde os planos em negrito são as falhas.

As falhas de empilhamento tendem a aumentar a resistência mecânica do material. Isso ocorre, pois estas falhas dificultam o movimento das discordâncias.

Contornos de Macla

Os contornos de Macla são um tipo especial de contorno de grão através do qual existe uma simetria espelhada específica da rede cristalina, ou seja, os átomos em um dos lados do contorno são espelhos dos átomos do outro lado do contorno.

A região de material entre esses contornos é chamada a apropriadamente de macla. As maclas resultam de deslocamentos atômicos que são produzidos a partir de forças mecânicas de cisalhamento e, também, durante tratamentos térmicos de recozimento realizados após deformações (maclas de recozimento).

A figura acima é uma liga de cobre e níquel vista em microscópio óptico. Nela vemos as maclas, que são regiões compreendidas entre os contornos de macla.

A maclagem é um mecanismo de deformação plástica que ocorre em alguns metais. Nesse processo uma parte da rede atômica se deforma originando a macla. Esse mecanismo envolve apenas uma pequena fração do volume total do cristal metálico e, por isso, a quantidade total de deformação que pode ser originada através dessa técnica é pequena.

A eficácia dos defeitos superficiais em impedir a movimentação das discordâncias é maior em contornos de grãos do que em contornos de macla.

Conceitos básicos de microscopia e metalografia

Alguns elementos estruturais são possíveis de seres examinados a olho nu. Pois, estes elementos ou defeitos são macroscópicos. Por exemplo, a forma e o tamanho dos grãos podem ser observados a olho nu em um chapa de aço galvanizada, como uma telha.

Entretanto, a maiorias dos materiais possuem elementos estruturais microscópicos. O tamanho do grão e a forma fazem parte do que chamamos de microestrutura do material. Como a microestrutura da maioria dos materiais é microscópica, necessitamos de equipamento para examina-la.

Deste os equipamentos mais utilizados para examinar a microestrutura dos materiais estão: microscópio óptico, microscópio eletrônico de varredura, microscópio eletrônico de transmissão, entre outros.

Antes, porém, de levarmos a amostra para visualização em um microscópio devemos prepara-la. Para prepararmos uma amostra, primeiramente cortamos um pedaço que irá representar o nosso material. Depois, devemos embutir essa amostra a fim de que possamos lixar e polir adequadamente. Esse processo de embutir a amostra é chamado de embutimento. Além de ajudar no lixamento e polimento, o embutimento serve para que a superfície da amostra fique paralela com a sua base. Na figura abaixo podemos ver uma amostra de cobre puro embutida.

Depois de embutido, devemos lixar a amostra com grãos de lixa cada vez maiores, ou seja, lixas mais fina, e ao passarmos de uma lixa para outra devemos retirar totalmente o risco da lixa anterior. Após a etapa de lixamento a amostra deverá ser polida de modo a conseguirmos uma superfície de acabamento lisa e espelhada. Para que seja possível observar a microestrutura do material devemos fazer um ataque químico. Neste ataque a região de maior energia tende a ser mais atacada, por exemplo, os contornos de grão aparecem como linhas escuras. Feitos esses procedimentos podemos agora, então, observar no microscópio.

A microscopia óptica é um dos equipamentos mais utilizados em laboratórios, pois possuem baixo custo e fácil operação. Neste equipamento conseguimos observar elementos estruturais com um aumento de até 2.000 vezes. O funcionamento do microscópio óptico baseia-se em emitir uma luz na amostra e captar a luz refletida. Assim, regiões que foram mais atacadas apresentaram-se mais escura, como os contornos de grãos. A figura abaixo ilustra como grãos com diferentes orientações cristalográficas e os contornos de grãos refletem a luz e consequentemente são observados.

Porém, quando não é possível observamos algumas estruturas por ser muito pequenas utilizamos os microscópios eletrônicos. Os dois principais são:

  • Microscópio eletrônico de varredura (MEV): esse equipamento utiliza um feixe de elétrons secundários ou elétrons retroespalhados para projetar uma imagem em um monitor. Além de conseguirmos ampliações, dependendo do MEV, de até 50.000 vezes, esse equipamento também é eficaz para analisarmos superfícies rugosas, mesmo sob baixa ampliação. A figura abaixo é a observação da superfície de um eixo que sofreu uma fratura. Nela podemos ver as irregularidades da superfície, isto é, é possível analisarmos a rugosidade.
  • Microscópio eletrônico de transmissão (MET): envolve a passagem de um feixe eletrônico através da amostra e usando as diferenças no espalhamento do feixe e da sua difração para revelar uma imagem. Com esse equipamento conseguimos uma ampliação de até 1.000.000 de vezes!!!

Vamos praticar?

Expandir

Exercício Resolvido #1

Callister W.D. Ciência e Engenharia de Materiais. Sétima edição. Cap.4.

Para cada uma das seguintes sequências de empilhamento encontradas nos metais CFC, cite o tipo de defeito planar que existe:

  1. ABCABCBACBA...
  2. ABCABCBCABC...
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Passo 1

  1. A sequência de empilhamento para os metais CFC são ABCABCABC....
  2. Assim para a sequencia: ABCABCBACBA..

    O defeito interfacial que há para essa sequencia é um limite duplo, que ocorre na posição em negrito. Neste defeito nota-se que a sequencia de um lado é espelhada em relação a outra.

    Passo 2

  3. A sequência de empilhamento para os metais CFC são ABCABCABCABC....

Assim para a sequencia: ABCABCBCABC...

O defeito interfacial que ocorre na sequencia de empilhamento acima é uma falha que ocorre entre as duas linhas.

Resposta

Exercício Resolvido #2

Callister W.D. Ciência e Engenharia de Materiais. Sétima edição. Cap.4.

Descreva sucintamente uma macla e um contorno de macla. Em seguida, cite a diferença entre uma macla de deformação e as maclas de recozimento.

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Passo 1

O contorno de macla é uma interface de modo que os átomos de um lado estão espelhados em relação aos átomos do outro lado. Já a macla é a região compreendida entre os dois contornos de macla, ou seja, a região entre as duas interface.

Passo 2

As maclas de deformação são produzidas como resultado de deformação mecânica e geralmente ocorrem em metais CCC e HC. Já as maclas de recozimento se formam durante o tratamento térmico de recozimento, geralmente em metal CFC.

Resposta

Exercício Resolvido #3

Lista de Exercicios - USP

Por que se pode observar facilmente o contorno de grão no microscópio óptico?

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Passo 1

O contorno de grão é uma região onde há um maior acumulo de energia causado pelo empacotamento menos eficiente nessas regiões. Sendo assim, ao atacar quimicamente a amostra os contornos de grãos serão atacados mais rapidamente do que o interior do grão. Como resultado, o ataca produz minúsculos sulcos ao longo dos contornos de grãos. Ao observar essa amostra no microscópio óptico os contornos de grãos aparecerão mais escuros uma vez que devido a esses sulcos há maior reflexão da luz.

Resposta

Exercício Resolvido #4

Smith W.F. e Hashemi J. Fundamentos de Engenharia e ciência dos Materiais. 5° edição.

Descreva a técnica de metalografia óptica. Quais informações qualitativas e quantitativas podem ser obtidas dessa técnica? Qual o nível de aumento pode ser alcançado por ela?

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Passo 1

A técnica de metalografia óptica consiste em corta um pedaço do material que desejamos analisar, em seguinda essa amostra deve ser embutida a fim de facilitar os processos de lixamento e polimento, bem como garantir que a superfie da amostra e sua base de apoio estejam paralelos. Posterior ao embutimento deve-se proceder o lixamento da amostra com lixas cada vez mais finas e garantir que a lixa seguinte retire completamente os riscos da lixa anterior, nessa etapa grandes aranhões da amostra e finas camadas plasticamente deformadas. Após esta etapa, segue-se com o polimento a fim de removermos os riscos finos formados durante o estágio de lixamento. A qualidade da superfície é extermamente importante no resultando fianl, a fim de riscos não atrapalharem a análise. Depois que a superfície da amostra estiver lisa e refletido como um espelho devemos atacar quimicamente a superfície com a finalidade de obtermos contraste de regiões diferentes da microestrutura. Em seguida, levamos a amostra ao microscópio óptico a fim de produzirmos microfotografias.

Passo 2

As informações qualitativas e quantitativas que podem ser obtidas por essa técnica são: tamanho e contorno de grãos, existência de várias fases, danos interno à microestrutura e alguns defeito.

Passo 3

Podemos atingir uma ampliação de até 2000 vezes com essa técnica.

Resposta

Exercício Resolvido #5

Lista de Exercicios - USP

O que é um microscópio eletrônico de varredura (MEV)? Qual o aumento que ele pode alcançar? Como ele funciona? Que informações pode fornecer?

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Passo 1

O microscópio eletrônico de varredura (MEV) é uma equipamento utilizado fazer medidas e/ou observações microscópicas, caracterizar superfície fratura, analisar microestrutura, avaliar as camadas de recobrimento, mensurar a contaminação de superfícies e analisar falhas de materiais.

Passo 2

O MEV pode alcançar amplições de 15 vezes até 100.000 vezes.

Passo 3

O seu funcionamento consiste em incidir na superfície da amostra um feixe de elétrons, em seguida sinais eletrônicos emitidos pela amostra são coletados e apresentados. Basicamente, esse microscópio usa dois tipos de feixes: os feixes de elétrons retroespalhados e os feixes de elétrons secundários.

Passo 4

As informações obtidas são as mesmas dos microscópio ópticos, porém, além destas, o MEV consegui fazer observações de superfícies rugosas, mesmo sob baixa ampliação. Isto o torna particularmente útil na observação de superfícies fraturadas nos metais.

Resposta

Exercício Resolvido #6

Callister W.D. Ciência e Engenharia de Materiais. Sétima edição. Cap.4.

Liste quatro diferenças principais entre a deformação por maclação e a deformação por escorregamento em relação ao mecanismo, às condições de ocorrência e ao resultado final.

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Passo 1

As quatro diferenças são:

  1. A deformação por escorregamento não há reorientação cristalográfica, ao passo que na deformação por maclação há reorientação cristalográfica, de forma que no contorno de macla há um espelhamento da estrutura cristalográfica;
  2. Os deslocamentos atômicos no escorregamento ocorre em múltiplos distintos de espaçamento atômico, enquanto na maclação o deslocamento atômico é menor que a separação interatômica;
  3. O escorregamento ocorre em metais com muitos sistemas de escorregamento, ao passo que na maclação ocorre em metais com poucos sistemas de escorregamento (HC);
  4. O escorregamento, frequentemente, resulta em deformações plásticas relativamente grandes, enquanto na maclação essas deformações são pequenas.

Resposta

Exercício Resolvido #7

Elaboração própria

Assinale a afirmativa incorreta.

  1. O sistema de escorregamento é uma combinação de plano e direção onde a distorção na rede cristalina provocada pelo movimento da discordância é mínima.
  2. Os sistemas de escorregamento dependem da estrutura cristalina.
  3. Com base na teoria dos planos de escorregamento, podemos esperar que o cobre (CFC) seja mais fácil de deformar plasticamente do que o magnésio (HC).
  4. Os materiais CFC e CCC possuem mais planos de escorregamento do que os materais HC, por isso são mais frágeis.
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Passo 1

Quanto mais planos de escorregamento tiver a estrutura mais fácil será a movimentação das discordâncias e consequentemente maiores serão as deformações plásticas e ductilidade do material. Como materiais CFC e CCC possuem mais planos de escorregamento serão mais dúcteis do que os materiais HC.

Resposta

Letra: d)

Exercício Resolvido #8

Petrobras, 2010.

Qual equipamento NÃO é utilizado na preparação e observação de corpos de prova em um laboratório de metalografia?

  1. Embutidora
  2. Lixadeira
  3. Microscópio
  4. Politriz
  5. Rugosímetro
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Passo 1

Ao prepararmos uma amostra para observação em um laboratório de metalografia utilizamos embutidora, lixadeira, politriz, cortadora metalográfica e microscópio. Entretanto, para essas observações não se utiliza rugosímetro, que é uma aparelho que medi a rugosidade da superfície.

Resposta

Letra: e)

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