Defeitos volumétricos

Teoria Completa

Faaaaaaala aiiiii pessoal!!! Tudo certinho?

Hoje vamos ver um pouco mais sobre os defeitos e vamos falar sobre os defeitos volumétricos. A final o quê é um defeito volumétrico?

Bom, defeitos volumétricos ou defeitos tridimensionais são defeitos causados pelas partículas de segunda fase, poros e trincas. Os precipitados são divididos em dois tipos: partículas de segunda fase e inclusões. Essa divisão ocorre, pois quando dois componentes são misturados podem acontecer basicamente três situações:

  • Solubilização total: como é o caso da mistura de água com álcool, onde a solução resultante é uma mistura homogênea, na qual não se consegue mais diferenciar os componentes que lhe deram origem.
  • Solubilização parcial: como é o caso da mistura de água com açúcar, onde dependendo da quantidade de açúcar colocado poderemos ter formação de um precipitado, ou seja, haverá certa quantidade de açúcar que a água conseguirá diluir e o que for colocado a mais não irá se diluir na água e ficará sedimentado no fundo.
  • Solubilização nula: como ocorre na mistura água e óleo, onde não há formação de uma solução, isto é, formará uma mistura heterogênea, com uma fase mais densa ficando no fundo e uma fase menos densa ficando em cima.

Percebe-se que tanto no caso de solubilização parcial quanto no caso de solubilização nula temos uma mistura heterogênea formada por duas fases distintas. Para o caso de solubilização parcial a ocorrência de uma segunda fase deve-se ao grau de solubilidade entres os componentes da mistura. Assim, caso precipite um dos componentes dizemos que há partículas de segunda fase. Em nosso exemplo, a açúcar que fica no fundo, caso coloquemos mais açúcar do que a água é capaz de diluir, é nossa partícula de segunda fase. Então, teremos fase a, que é uma solução de água e açúcar e fase b, que é o açúcar no fundo.

Mas, se adicionarmos açúcar em quantidade exagerada e uma formiga cair no copo, então teremos: uma fase a, formada pela solução de água e açúcar, uma fase b, formada pelas partículas de segunda fase de açúcar e um terceiro componente que o chamamos de inclusão, pois não o adicionamos propositadamente. É o caso dos óxidos e de outras partículas como sulfetos e fosfetos, por exemplo. Essas partículas são decorrentes de reações de oxi-redução entre o oxigênio do ar com os metais, que são componentes da mistura, ou advém de reações entre componentes da matéria-prima utilizada, por exemplo, o enxofre que está presente no coque que por sua vez é utilizado na fabricação do aço, com os componentes da mistura.

Partículas de segunda fase (precipitados, inclusões)

Partículas de segunda fase tem origem na imiscibilidade dos componentes, ou seja, os componentes não se misturam ou a partir de quantidades acima do limite de solubilidade do material.

A figura acima mostra a microestrutura de um aço com inclusão de sulfeto de manganês.

A microestrutura acima é de um ferro fundido cinzento, onde podemos ver veios de grafita e uma matriz perlítica. Cada grão perlítico, por sua vez, é constituído por lamelas alternadas de duas fases: ferrita (ou ferro- α ) e cementita (ou carboneto de ferro).

No ferro fundido cinzento as grafitas ocorrem por precipitação, uma vez que nesses materiais temos uma grande concentração de carbono, assim a microestrutura base não consegue diluir todo o carbono, precipitando, assim, as grafitas. Já na figura do aço onde vemos sulfeto de manganês, este é uma inclusão, uma vez que não o adicionamos propositalmente na mistura.

Poros

Os poros são ausência de material. Estes ocorrem com frequência nos componentes fundidos e são “parte” dos materiais e/ou componentes obtidos pela metalurgia do pó.

Poros são defeitos devido à contração durante a solidificação e por isso são denominados defeitos de solidificação. Denomina-se defeito da solidificação toda heterogeneidade surgida durante o esfriamento de um material fundido. Estas heterogeneidades podem ser de natureza física (poros) e de natureza química (segregações).

A figura acima é uma imagem feita em microscópio eletrônico de varredura de uma liga de cobre e níquel com microestrutura bruta de fundição. Nela é possível vermos as porosidades.

Na imagem acima, de uma liga de cobre, vemos segregações de partículas nos contornos de grão.

Podemos ter dois tipos de porosidades: macroporosidades e microporosidades. Durante a transformação do estado liquido para sólido, ocorre um agrupamento (empacotamento) dos átomos, formando estruturas ordenadas. Na absoluta maioria dos casos esta transformação é acompanhada por um aumento da densidade. Assim, dependendo do intervalo de solidificação podemos ter macroporosidades ou microporosidades.

Metais comercialmente puros e ligas metálicas com pequeno intervalo de solidificação possuem dendritas pequenas na interface liquido-solido e tendem a gerar macroporosidades.

A figura mostra o efeito do intervalo de solidificação na porosidade. Nela vemos que quanto maior o intervalo de solidificação maior será a quantidade de microporosidades, enquanto que para intervalos menores há a formação de macroporosidades.

Trincas

As trincas também são defeitos volumétricos, uma vez que mudam o estado de tensões dos átomos ao seu redor.

As trincas podem ser adicionadas no material de diversas maneiras e é uma das principais causas de falhas. Elas podem ocorrer devido a:

  • Esforço cíclico;
  • Ciclos térmicos;
  • Diferença na dilatação térmica entre as fases do material;
  • Fragilização do contorno de grão;
  • Material submetido a grandes esforços.

E ai, vamos praticar?

Expandir

Exercício Resolvido #1

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

Descreva o defeito volumétrico ou defeitos tridimensionais.

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Passo 1

Defeitos volumétricos são defeitos causados pelas partículas de segunda fase, que podem ser precipitados ou inclusões, poros e trincas. Esse defeitos possuem dimensões tridimensionais e têm um efeito tremendo sobre o comportamento e o desempenho do material.

Resposta

Exercício Resolvido #2

Elaboração própria.

O que são poros?

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Passo 1

Os poros são defeitos volumétrico que ocorrem durante a solidificação do metal, ou seja, durante a solidificação os metais passam do estado liquido para o sólido. Nessa transformação ocorrerá um agrupamento dos átomos a fim de formar a estrutura cristalográfica, sendo assim, na maioria dos casos, haverá uma contração de volume. Dependendo do intervalo de solidificação essa contração pode formar macroporosidades ou microporosidades, que nada mais são do que vazios dentro da estrutura cristalina.

Resposta

Exercício Resolvido #3

Elaboração própria.

Explique qual é a diferença de precipitado e inclusão?

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Passo 1

Tanto o precipitado quanto a inclusão são defeitos volumétricos conhecidos como partículas de segunda fase. A diferença entre eles é que o precipitado se forma devido a quantidade de soluto acima do limite de solubilidade e a inclusão se forma a partir de elementos que não foram adicionados propositadamente.

Resposta

Exercício Resolvido #4

Elaboração própria.

A figura abaixo mostra uma microestrutura do ferro fundido cinzento, onde nota-se uma microestrutura composta de perlita e veios de grafita. Que tipo de defeito os veios de grafita são e como são formados?

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Passo 1

Os veios de grafita são defeitos volumétricos ou tridimensionais. Estes veios são formados por precipitação de carbono, uma vez que o ferro fundido cinzento possui uma grande concentração de carbono e o limite de solubilidade da matriz é ultrapassado, ou seja, a matriz não consegui diluir mais carbono, então o carbono em excesso precipita em veios de grafita.

Resposta

Exercício Resolvido #5

Elaboração própria

Assinale a alternativa que possui somente defeitos volumétricos.

  1. Discordância em hélice, contorno de grão e poros.
  2. Contorno de grão, poros e trincas.
  3. Superfície externa, discordância em cunha e inclusão.
  4. Poros, trincas e precipitados.
  5. Inclusão, poro e contorno de macla.
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Passo 1

Os defeitos volumétricos possuem dimensões tridimensionais, são eles: poros, trincas, partículas de segunda fase (precipitados e inclusões).

Resposta

Letra: d)

Exercício Resolvido #6

Elaboração própria

“Durante a transformação do estado liquido para sólido, ocorre um agrupamento (empacotamento) dos átomos, formando estruturas desordenadas.”

A afirmação acima está correta? Por que?

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Passo 1

Quando um material passa do estado liquido para o estado sólido, os átomos se agrupam e formam estruturas ordenadas. Portanto a afirmação está incorreta.

Resposta

Exercício Resolvido #7

Elaboração própria

Cite três mecanismos que podem gerar trincas em um material metálico.

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Passo 1

As trincas podem ser geradas por: diferença na dilatação térmica entre as fases do materiais ; fragilização do contorno de grão e esforços cíclicos.

Resposta

Exercício Resolvido #8

Elaboração própria.

A imagem abaixo mostra uma microestrutura do ferro fundido nodular. Que tipo de defeito volumétrico pode ser facilmente observado?

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Passo 1

O ferro fundido nodular possui em sua matriz metálica precipitados de carbono esferoidal. Esses precipitados são defeitos volumétricos e ocorrem, pois a matriz metálica encontra-se totalmente solubilizada, precipitado os carbonos em excesso nessa estrutura.

Resposta

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