By ducha. SOLUÇÃO É UMA MISTURA HOMOGÊNEA DE DOIS OU MAIS COMPONENTES Solução soluto solvente.
Estrutura e Propriedades dos Materiaiscaram/5. IMPERFEICO ESCRISTALINAS GRAD… · (a) estrutura...
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Estrutura e Propriedades dos Materiais
IMPERFEIÇÕES CRISTALNAS
Prof. Rubens Caram
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IMPERFEIÇÕES CRISTALINAS
TODO CRISTAL EXIBE DEFEITOS
QUANTIDADE E TIPO DE IMPERFEIÇÕES DEPENDE DA FORMA QUE O CRISTAL FOI FORMADO
DEFEITOS MODIFICAM O COMPORTAMENTO DO MATERIAL:
MECÂNICO
ELÉTRICO
QUÍMICO
ÓPTICO
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ORIGEM DA ESTRUTURA CRISTALINA
ESTRUTURA CRISTALINA SURGE ATRAVÉS:TRANSFORMAÇÃO VAPOR-SÓLIDOTRANSFORMAÇÃO SÓLIDO-SÓLIDOTRANSFORMAÇÃO LÍQUIDO-SÓLIDO (SOLIDIFICAÇÃO)(FORMA MAIS COMUM EM METAIS)
NUCLEAÇÃO DA NOVA FASECRESCIMENTO DA NOVA FASE
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NUCLEAÇÃO
NUCLEAÇÃO HOMOGÊNEA
NUCLEAÇÃO HETEROGÊNEA
Embriões da fase sólida
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CRESCIMENTO
CRESCIMENTO OCORRE QUANDO ÁTOMOS DO LÍQUIDO SÃO AGREGADOS AO SÓLIDO
A FORMA COM QUE O CALOR É RETIRADO DO LÍQUIDO DETERMINA A FORMA A MICROESTRUTURA
FLUXO DE CALOR DIRECIONAL: CRISTAIS CRESCEM COM DIREÇÃO ÚNICA
FLUXO NÃO DIRECIONAL: CRISTAIS CRESCEM SEM UMA DIREÇÃO PREFERENCIAL
TAXA DE RETIRADA DE CALOR DO LÍQUIDO: À MEDIDA QUE ESSA TAXA DECRESCE, TORNA-SE POSSÍVEL OBTER CRISTAIS DE MAIOR PERFEIÇÃO
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CRESCIMENTO CONTROLADO
PROCESSO CZOCHRALSKI DE CRESCIMENTO DE CRISTAIS
Si Mono-cristalino
•
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CRESCIMENTO NÃO CONTROLADO
PROCESSO DE FUNDIÇÃO
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IMPERFEIÇÕES EM CRISTAIS
TIPOS DE IMPERFEIÇÕESPONTUAISEM LINHADE SUPERFÍCIE
ALUMINA MONOCRISTALINA
(SAFIRA)ALUMINA
POLICRISTALINA
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IMPERFEIÇÕES PONTUAIS
VAZIOS OU VACÂNCIASSÃO ESSENCIAIS EM PROCESSOS DE DIFUSÃOQUANTIDADE AUMENTA COM A TEMPERATURA
Vazio
Vazio
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IMPERFEIÇÕES PONTUAIS
DEFEITOS DE FRENKEL E DE SCHOTTKY
DEFEITO DE SCHOTTKY DEFEITO DE FRENKEL
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IMPERFEIÇÕES PONTUAIS
ÁTOMO SUBSTITUCIONAL
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IMPERFEIÇOES PONTUAIS
ÁTOMO INTERSTICIAL
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IMPERFEIÇÕES PONTUAIS
POSIÇÕES INTERSTICIAIS (CFC)
TETRAÉDRICAOCTAÉDRICA
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IMPERFEIÇÕES PONTUAIS
POSIÇÕES INTERSTICIAIS (CFC) OCTAÉDRICA
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IMPERFEIÇÕES PONTUAIS
POSIÇÕES INTERSTICIAIS (CFC)TETRAÉDRICA
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IMPERFEIÇÕES PONTUAIS
POSIÇÕES INTERSTICIAIS (CCC)
OCTAÉDRICA TETRAÉDRICA
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IMPERFEIÇÕES PONTUAIS
POSIÇÕES INTERSTICIAIS (CCC)OCTAÉDRICA
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IMPERFEIÇÕES PONTUAIS
POSIÇÕES INTERSTICIAIS (CCC)TETRAÉDRICA
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SOLUÇÃO SÓLIDA
SOLUÇÃO SÓLIDA SUBSTITUCIONALMISTURA DE ELEMENTOS, ONDE O SOLUTO OCUPA POSIÇÕES INTERSTICIAISEX.: Fe-C, Fe-H
SOLUÇÃO SÓLIDA SUBSTITUCIONALMISTURA DE ELEMENTOS ONDE O SOLUTO OCUPA POSIÇÕES SUBSTITUCIONAISEX.: Cu-Zn, Cu-Sn
ELEMENTO EM MAIOR QUANTIDADE: SOLVENTEELEMENTO EM MENOR QUANTIDADE: SOLUTO
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S.S. E PROPRIEDADES MECÂNICASLi
mite
deEs
coam
ento
,MPa
% Soluto
PRESENÇA DE SOLUTOS ALTERA O COMPORTAMENTO MECÂNICO DOS METAIS:DIFERENÇA ENTRE TAMANHOS ATÔMICOS LEVA AO AUMENTO DA RESISTÊNCIA MECÂNICAAUMENTO DA QUANTIDADE DE SOLUTO LEVA AO AUMENTO DA RESISTÊNCIA MECÂNICAEXÊMPLOS:
LIGA Cu-Zn: AUMENTO PEQUENO -TAMANHOS ATÔMICOS PRÓXIMOSLIGA Cu-Sn: AUMENTO MÉDIO -TAMANHOS ATÔMICOS DIFERENTESLIGA Cu-Be: AUMENTO ELEVADO – TAMANHOS ATÔMICOS DIFERENTES
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DIAGRAMA DE FASES Cu-Zn
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DIAGRAMA DE FASES Fe-C
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DIAGRAMA DE FASES Cu-Sn
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EXERCÍCIO
Determine o raio do interstício octaédrico no ferro γ.Dados: estrutura do ferro γ=CFC e raio atômico=0,129 nm
r
R
R+r R
45o
R
Plano (200) na estrutura CFC
Como o raio atômico do ferro é igual a 1,29 nm, oraio do interstício será dado por:
rRR
2245sen o
+==
RrR2
22 +
==
Rr12 +=
414,0Rr=
nm053,0414,0129,0414,0Rr ===
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SOLUÇÃO SÓLIDA SUBSTITUCIONAL
EM UMA SOLUÇÃO SÓLIDA SUBSTITUCIONAL, A SOLUBILIDADE DE UM ELEMENTO EM OUTRO SERÁELEVADA DESDE QUE:
(a) ESTRUTURA CRISTALINA DO SOLUTO SEJA A MESMA DO SOLVENTE; (b) VALÊNCIAS DO SOLUTO E DO SOLVENTE SEJAM IGUAIS; (c) ELETRO-NEGATIVIDADES DO SOLUTO E DO SOLVENTE SEJAM PRÓXIMAS (PARA QUE UMA REAÇÃO QUÍMICA SEJA EVITADA) E (d) RAIOS ATÔMICOS DO SOLUTO E SOLVENTE TENHAM VALORES PRÓXIMOS (A DIFERENÇA NÃO DEVE ULTRAPASSAR 15 %).
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EXERCÍCIO
Uma liga Al-Cu tem 5 % em peso de Cu e 95 % em peso de Al. A massa atômica do Al é 27 g/mol e do Cu é 63,5 g/mol. Determine a quantidade de cobre em % em átomos.
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EXERCÍCIO
Uma liga Al-Cu tem 5 % em peso de Cu e 95 % em peso de Al. A massa atômica do Al é 27 g/mol e do Cu é 63,5 g/mol. Determine a quantidade de cobre em % em átomos.
Em 100 g da liga existem 95 g de alumínio e 5 g de cobre. 1 mol (6,02 x 1023 átomos) de Cu = 63,5 g6,02 x 1023 átomos ⇒ 63,5 g
NCu átomos ⇒ 5 gNCu = 5 g x 6,02 x 1023/63,5 g = 0,47 x 1023 átomos de Cu
6,02 x 1023 átomos ⇒ 27 gNAl átomos ⇒ 95 gNAl = 95 g x 6,02 x 1023/27 g = 21,18 x 1023 átomos de Al
O número total de átomos é: Ntotal = NCu + NAl = 21,65 x1023 átomosQuantidade de Cu na liga em % em átomos é:
% em átomos de Al = 21,18 x 1023/21,65 x1023 x 100% = 97,8 %% em átomos de Cu = 0,47 x 1023/21,65 x1023 x 100% = 2,2 %.
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IMPERFEIÇÕES EM LINHA
OS CRISTAIS APRESENTAM DEFEITOS ALINHADOS E CONTÍNUOS: IMPERFEIÇÕES EM LINHAOS DEFEITOS EM LINHA, TAMBÉM CHAMADOS DE DISCORDÂNCIAS SÃO IMPERFEIÇÕES QUE CAUSAM A DISTORÇÃO DA REDE CRISTALINA EM TORNO DE UMA LINHA E CARACTERIZAM-SE POR ENVOLVER UM PLANO EXTRA DE ÁTOMOS. ESTAS IMPERFEIÇÕES PODEM SER PRODUZIDAS DURANTE O CRESCIMENTO DO CRISTAL OU NA DEFORMAÇÃO PLÁSTICA DO CRISTALEXISTEM DOIS TIPOS PRINCIPAIS DE DISCORDÂNCIAS:
DISCORDÂNCIA EM CUNHADISCORDÂNCIA EM HÉLICE
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DISCORDÂNCIAS
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DISCORDÂNCIA EM CUNHA
br
Linha deDiscordância
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DISCORDÂNCIA EM HÉLICE
Linha de Discordância
br
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DISCORDÂNCIA MISTA
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DISCORDÂNCIAS
DISCORDÂNCIAS NO COBRE
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DISCORDÂNCIAS
DISCORDÂNCIAS NO SILÍCIO
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DISCORDÂNCIAS E A DEFORMAÇÃO
MOVIMENTO DE DISCORDÂNCIAS
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DISCORDÂNCIAS E A DEFORMAÇÃO
MOVIMENTO DE DISCORDÂNCIAS
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IMPERFEIÇÕES DE SUPERFÍCIE
CRISTAIS APRESENTAM DEFEITOS EM DUAS
DIMENSÕES, QUE SE ESTENDEM AO LONGO DA
ESTRUTURA, GERANDO IMPERFEIÇÕES DE
SUPERFÍCIES:
SUPERFÍCIES LIVRE
FALHAS DE EMPILHAMENTO
CONTORNOS DE GRÃO
MACLAS
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SUPERFÍCIES LIVRES
Superfície Externa
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FALHAS DE EMPILHAMENTO
HC
CFCFALHA DE EMPILHAMENTO
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GRÃOS E CONTORNOS DE GRÃOS
NUCLEAÇÃO
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GRÃOS E CONTORNOS DE GRÃOS
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OBSERVAÇÃO DE C.G.
Luz Incidente Luz
Refletida
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FERRO FUNDIDO NODULAR
MATRIZ FERRÍTICA E NÓDULOS DE GRAFITA (CINZA)
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LIGA EUTÉTICA TERNÁRIA
EUTÉTICO Nb2Al-Al3Nb-AlNiNb
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AÇO BAIXO CARBONO (1020)
FERRITA E PERLITA
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AÇO ALTO CARBONO (1070)
FERRITA E PERLITA
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AÇO INOXIDÁVEL AUSTENÍTICO
GRÃOS AUSTENÍTICO
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COBRE
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TAMANHO DE GRÃO ASTM
512102569128864732616584432211
N, GRÃOS/POL2n, TAMANHO DE GRÃO
1n2 N −=
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TAMANHO DE GRÃO ASTM
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TAMANHO DE GRÃO ASTM
n=4n=1 5 µm
n=8
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MACLAS
MACLAS PODEM SURGIR A PARTIR DE TENSÕES TÉRMICAS OU MECÂNICAS.
TAL DEFEITO OCORRE QUANDO PARTE DA REDE CRISTALINA É DEFORMADA, DE MODO QUE A MESMA FORME UMA IMAGEM ESPECULAR DA PARTE NÃO DEFORMADA.
PLANO CRISTALOGRÁFICO DE SIMETRIA ENTRE AS REGIÕES DEFORMADAS E NÃO DEFORMADA, É CHAMADO DE PLANO DE MACLAÇÃO.
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MACLAS
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MACLAS
MACLA