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.