Partículas de Ni3Al (γ’) cisalhadas por discordâncias em uma liga Ni-Cr-Al.
Partículas de Ni3Al (γ’) cisalhadas por discordâncias em uma liga Ni-Cr-Al.
Objetivo da disciplina: Para este curso, presume-se que os alunos já tenham feito um curso introdutório em ciência dos materiais e, portanto, compreendem os conceitos básicos de estruturas cristalinas, índices de Miller, defeitos, noções sobre diagramas de fase binários simples e difusão. Este curso vai discutir com maior profundidade conceitos, como: os sistemas de deslizamento, discordâncias, falhas de empilhamento, maclas, textura, entre outras características microestruturais, e as relações delas com o comportamento elástico e plástico de metais e ligas. Serão discutidos também os mecanismos de aumento de resistência, o conceito de fases intermetálicas, transformação martensítica, fenômenos termomecânicos etc.
Ementa e Material
Bibliografia Recomendada:
1) Ciência e Engenharia dos Materiais (Askeland)
2) Introduction to Materials Science for Engineers (Shackelford)
3) Physical Metallurgy Principles (Reed-Hill)
Listas:
Comportamento elástico e plástico de metais e ligas; Curva tensão deformação; Regime elástico; Relações entre tensão e deformação uniaxiais para regime plástico; Curva tensão-deformação de engenharia, verdadeira e coeficiente de encruamento.
Glossário:
Alongamento: Aumento do comprimento de um corpo de prova (ou componente) a partir da aplicação de uma carga trativa.
Deformação de engenharia: Alongamento por unidade de comprimento, calculada utilizando-se as dimensões originais.
Deformação elástica: Deformação que desaparece ao remover a carga aplicada no material.
Deformação plástica: Deformação permanente de um material ao aplicar e depois remover uma carga.
Ductilidade: Capacidade de um material se deformar, permanentemente sem fraturar.
Ensaio de tração uniaxial: Avalia a resposta mecânica de um material a um carregamento mecânico uniaxial e com baixa taxa de deformação.
Estricção: Deformação local que reduz a seção transversal de um corpo de prova sob tração. Também chamado de empescoçamento.
Lei de Hooke: Relação linear entre tensão e deformação na parte elástica da curva tensão-deformação.
Tensão limite de resistência: Tensão correspondente à carga máxima suportada em um ensaio de tração.
Tensão de escoamento: Tensão correspondente ao início da deformação plástica permanente.
Tensão de ruptura: Tensão no instante da fratura de um material em um ensaio de tração.
2.1 - Cristalografia; Estruturas Cristalinas; Alotropia
Simulador de Planos e Indices de Miller: http://calistry.org/calculate/latticePlanesMillerIndices
Lista de Estruturas Cristalinas Strukturberichts:
https://aflowlib.org/prototype-encyclopedia/strukturberichts.html
O conceito foi introduzido no início do século XX, especialmente na década de 1920, como parte de um esforço para organizar e catalogar as estruturas cristalinas conhecidas até então. O trabalho foi publicado em relatórios periódicos sob o nome de "Strukturbericht" (relatório de estrutura) na revista científica alemã Zeitschrift für Physikalische Chemie e, posteriormente, em outras publicações. Os Strukturberichts foram organizados por Ewald e Pauling, entre outros pesquisadores, e ajudaram a padronizar a nomenclatura de estruturas cristalinas, atribuindo códigos específicos (por exemplo, A1, A2, B1, B2), que são usados até hoje para designar estruturas típicas, como: A1 (Cúbica de Face Centrada - CFC), A2 (Cúbica de Corpo Centrado - CCC), B1 (Cloreto de Sódio - NaCl) e B2 (Cúbica simples, CsCl).
Apesar de os Strukturberichts terem sido essenciais no início da cristalografia, a nomenclatura moderna baseada no grupo espacial e na International Tables for Crystallography substituiu, em parte, essa designação. No entanto, a terminologia ainda é amplamente usada em ciência dos materiais e metalurgia para classificar estruturas comuns de ligas e compostos metálicos.
Glossário:
Alotropia: Característica de um material que possui mais de uma estrutura cristalina, sendo dependente da temperatura e da pressão.
Anisotrópico: Material com propriedades diferentes em direções distintas.
Bases: Grupo de átomos associados a um ponto de rede.
Célula unitária: Menor subdivisão de rede cristalina que ainda mantém as características típicas de toda a rede.
Cristalografia: O estudo formal dos arranjos de átomos em sólidos.
Densidade linear: Número de átomos por unidade de comprimento em determinada direção.
Densidade planar: Número de átomos por unidade de área, com centros situados no plano.
Direções compactas: Direções em um cristal, ao longo das quais os átomos estão em contato.
Distância de repetição: Distância entre dois pontos adjacentes da rede em uma determinada direção.
Distância interplanar: Distância entre dois planos paralelos adjacentes e com o mesmo índice de Miller.
Estrutura compacta: Toda estrutura cristalina cujo fator de empacotamento equivale a 0,74 (CFC e HC).
Estrutura cristalina: Arranjo dos átomos de um material sob a forma de uma rede regular e repetitiva. Uma estrutura cristalina é completamente descrita por uma rede e uma base.
Isotropia: Característica dos materiais cujas propriedades físicas são idênticas em todas as direções.
Material amorfo: Todo material (incluindo os vidros) que não possui ordem de longo alcance, que é a estrutura cristalina.
Número de coordenação: Número dos vizinhos mais próximos de um átomo em seu arranjo atômico.
Parâmetros de rede: Dimensões das arestas da célula unitária e os ângulos entre elas.
Plano basal: Nome específico dado ao plano mais compacto em células unitárias hexagonais compactas.
Pontos de rede: São os pontos que compõem a rede. As vizinhanças de cada ponto de rede são idênticas.
Redes: Conjunto de pontos que dividem tridimensionalmente o espaço em segmentos pequenos e regulares.
Redes de Bravais: As 14 possíveis redes que podem ser criadas em três dimensões utilizando pontos de rede.
Sequência de empilhamento: Sequência na qual se empilham os planos mais compactos. Se a sequência for do tipo ABABAB, teremos uma célula unitária hexagonal compacta (HC); se a sequência for do tipo ABCABCABC, teremos uma estrutura cúbica de face centrada (CFC).
Sistemas cristalinos: Arranjos cúbicos, tetragonais, ortorrômbicos, hexagonais, monoclínicos, romboédricos e triclínicos de pontos no espaço, que dão origem às 14 redes de Bravais e a centenas de estruturas cristalinas.
Unidade de repetição: Um grupo de átomos associado a um ponto de rede (o mesmo que base).
Glossário:
Contornos de grão: Regiões entre grãos de um material policristalino.
Defeito: Uma característica microestrutural representando uma interrupção no perfeito arranjo periódico de átomos/íons em um material cristalino
Grão: Região de um material policristalino que contém cristais com determinada orientação.
Índices de Miller: Notação abreviada que descreve os planos e as direções cristalográficas em uma célula unitária.
Índices de Miller-Bravais: Notação especial abreviada que descreve os planos cristalográficos em células unitárias hexagonais compactas.
Material policristalino: Todo material composto por vários grãos.
Raios atômicos: Raios aparentes de um átomo, normalmente calculados a partir das dimensões da célula unitária, empregando-se as direções mais compactas (depende do número de coordenação).
2.3 - Ligas
Glossário:
Interstício cúbico: Posição intersticial com número de coordenação 8.
Interstício octaédrico: Posição intersticial com número de coordenação 6.
Interstício tetraédrico: Posição intersticial com um número de coordenação 4.
Interstícios: Locais entre os átomos ou íons de um cristal, nos quais se encaixa outro átomo ou íon, em geral de um elemento químico diferente. Normalmente, o tamanho desse interstício é menor que o átomo ou íon a ser introduzido.
3.1 - Regime Elástico: Modulo de elasticidade; Anisotropia; 3.2 - Regime Plástico: Sistemas de deslizamento; Textura; Maclas de deformação; Discrepância entre o limite de escoamento teórico e observado em cristais.
4.1 - Materiais puros: Encruamento; Diminuição do tamanho de grão; Relação de Hall-Petch. 4.2 - Materiais Ligados: Solução Sólida (Rhume Rothery); Introdução ao conceito de fases e fases intermediárias e Precipitação de segunda fase (Envelhecimento). Intermetálicos.
4.1 - Classificação de discordâncias e Vetor de Burgers; Interação entre discordâncias; Falha de empilhamento e energia de defeito de empilhamento (EDE); Forças atuantes sobre discordâncias; Fontes de discordâncias e Multiplicação de discordâncias (Frank-Read e Orowan); Mecanismos de escalagem, deslizamento com desvio e empilhamento de discordâncias; Subestruturas de discordâncias 4.2 - Deformação plástica: Coeficiente de encruamento em materiais de alta e baixa EDE; Influência da EDE e no coeficiente de encruamento. Superdiscordâncias.
Recuperação em monocristais; Poligonização, alinhamento e aniquilação de discordâncias; Formação de sub-grãos; Recristalização e maclas de recozimento Influência da EDE na recuperação, recristalização e crescimento de grãos Crescimento e coalescimento de grãos; Crescimento anormal de grãos.
Relação entre microestrutura e propriedades de ligas metálicas selecionadas (Aços, Níquel, Titânio, Alumínio); Noções sobre fluência e comportamento mecânicos em altas temperaturas; Noções sobre Fadiga (alto e baixo ciclo); Noções sobre impacto e transição dúctil-frágil.