crescimento de grão
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Tcnico Mecnica
Tecnologia Mecnica 1
Prof. Helio Canavesi Filho
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A estrutura dos materiais
Todos os materiais so constitudos de tomos. Durante o final do sculo
XIX e incio do sculo XX surgiram vrias teorias para explicar a natureza e a
estrutura dos tomos, medida que as tcnicas de investigao e as
ferramentas matemticas de anlise foram se desenvolvendo. As pesquisas e
experincias realizadas evoluram o conceito do tomo, desde a viso simplista
grega do tomo pequeno e indivisvel at se chegar ao modelo atual, que
baseado na mecnica quntica, onde o tomo composto de diversas
subpartculas atmicas, sendo as mais conhecidas os eltrons, os prtons e os
nutrons.
O tomo composto no seu ncleo
pelos prtons e nutrons e ao redor
movendo em orbitas circulares ou
elpticas os eltrons. Os eltrons so os
responsveis pelas ligaes
interatmicas. Para o nosso curso vamos estudar as ligaes metlicas
Ligao Metlica em que os eltrons so compartilhados por
numerosos tomos. Este tipo de ligao pode ser mais facilmente explicado da
seguinte maneira: se num tomo existirem apenas poucos eltrons na ultima
camada, eles podem ser removidos de modo relativamente fcil, ao passo que
os eltrons restantes so mantidos firmemente ligados ao ncleo. Esses
eltrons podem abandonar um tomo e se incorporar ao tomo vizinho.
Essa mobilidade dos eltrons explica a elevada condutibilidade eltrica e
trmica dos metais.
Estrutura Cristalina Os metais, ao se solidificar, cristalizam, ou seja, os
seus tomos que, no estado gasoso ou liquido, estavam se movimentando a
esmo, localizam-se em posies relativamente definidas e ordenadas, que se
repetem em trs dimenses e que formam uma figura geomtrica regular,
chamada de cristal.
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O modelo resultante dessa disposio tpica dos tomos chamado de
reticulado (retculos ou redes). Considerando apenas um determinado grupo de
tomos e estudando o agrupamento atmico resultante da solidificao, tem-se
uma figura geomtrica de forma regular que chamada clula unitria ou clula
cristalina unitria da estrutura.
O modelo de cristalizao pode ser visualizado ao admitir-se o que
acontece quando um metal solidifica, por exemplo, no interior de um
recipiente. As primeiras clulas unitrias que se formam, em pontos diferentes,
crescem geralmente pela absoro de outras, at se encontrarem formando um
contorno irregular que delimita uma rea onde esto compreendidas milhares
daquelas pequenas clulas. Um conjunto de clulas unitrias forma o cristal
com contornos geomtricos, o qual, ao adquirir os contornos irregulares, devido
aos pontos de contato de cada conjunto, passa a chamar-se gro. Esses gros
so ligados entre si por uma pelcula que no mais considerada cristalina,
como se ver mais adiante.
Em resumo, cada gro constitudo por milhares de clulas unitrias,
estas, por sua vez, consistem de grupos de tomos que se dispuseram em
posies fixas, formando figuras geomtricas tpicas.
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As disposies dos tomos do, pois, origem aos chamados retculos ou
reticulados cristalinos. Os mais importantes so os seguintes:
Cbica de Corpo Centrado (CCC) em que os tomos se dispem nos vrtices e
no centro de um cubo. Tal reticulado encontrado no ferro temperatura
ambiente (forma alotrpica alfa), cromo, ltio, molibdnio e vandio entre
outros.
Cbica de Face Centrada (CFC) em que os tomos se dispem nos vrtices e
nos centros das faces de um cubo. o caso de ferro acima de 910C (forma
alotrpica gama), alumnio, cobre, chumbo, nquel, prata, entre outros.
Hexagonal compacta (HC) em que os tomos se localizam em cada vrtice e
no centro das bases de um prisma hexagonal, alem de trs outros tomos que
se localizam nos centros de trs prismas triangulares compactos alternados. Os
metais, cujo reticulado, o descrito, so, entre outros, zinco, magnsio, cobalto,
cdmio.
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A propriedade de certos metais em particular o ferro apresentarem
reticulados cristalinos diferentes chamada polimorfismo ou alotropia. Assim,
aquecendo-se o ferro puro, a cerca de 910C, o reticulado cbico de corpo
centrado passa a reticulado cbico de face centrada. A primeira forma
alotrpica, que ocorre da temperatura ambiente at 910C designada por alfa
e a segunda forma, que ocorre acima de 910C chamada gama. Essa mudana
reversvel.
Essa propriedade do ferro muito importante sob o ponto de vista
prtico: a forma polimrfica gama pode dissolver at aproximadamente 2% de
carbono, ao passo que a alfa pode dissolver apenas at aproximadamente
0,02% de carbono, fato esse de grande significado nos tratamentos trmicos
dos aos.
Os contornos dos gros podem ser considerados como uma regio
conturbada do reticulado, com espessura de apenas alguns dimetros atmicos.
A deformao, quando aplicada nos metais policristalinos, ocorre no interior
dos gros, ao passar de um gro para outro, a orientao cristalogrfica muda
abruptamente. Os gros mais favoravelmente orientados em relao direo
da tenso aplicada deformam-se em primeiro lugar, o que causa um aumento
da resistncia para ulterior deformao, devido a um fenmeno conhecido por
encruamento, que ser estudado posteriormente. Em seguida, deformam-se os
gros menos favoravelmente orientados. A deformao em geral, no
prossegue atravs dos contornos dos gros, que, em primeira aproximao,
constituem, portanto, uma regio de maior resistncia mecnica. Essa condio
pode igualmente ser explicada pelo fato de o contorno ser a regio
extremamente conturbada do reticulado, como j se mencionou, devido ao
quase embaralhamento de tomos provenientes dos cristais adjacentes ao
contorno. A mudana de orientao de um gro a outro explica tambm o
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aumento de resistncia do contorno, ou seja, na regio que marca a pasagem
de um gro a outro.
Do mesmo modo que a policristalinidade confere aumento de resistncia
deformao do metal, o tamanho do gro atua de modo semelhante, no
sentido de que medida que diminui o tamanho do gro, aumenta a resistncia
a deformao mecnica. Em outras palavras, sendo os contornos de gro mais
resistentes, quando maior a quantidade de contornos, ou seja, quanto menor o
tamanho do gro maior a resistncia do metal ao esforo de deformao.
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