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Resumo de ICM
- As propriedades de um material dependem de seu desempenho e fabricação.
- A presença de poros em uma microestrutura causa espalhamento de luz, tornando o material opaco.
- Ductilidade: propriedade de um material em ser transformados fios.
Estrutura atômica e de ligação interatômica
- carga de um elétron e de um próton – 1,6x10-19 C
- isótopos – mesmo elemento que se assemelha pelo numero de prótons, mas como massas atômicas diferentes.
Modelos atômicos
- modelos de Bohr – elétrons em torno do núcleo, elétrons em orbitais, elétrons pode se mover entre os orbitais de ceder ou receber energia.
- modelo mecânico ondulatório – o elétrons assume características tanto de onda quanto de partícula. Surge a ideia de orbitais;
- 1 mol = 6,023x1023 átomos (número de Avogadro)
- Um átomo pode ser estável (8 elétrons na última camada); eletropositivos (1 elétron na ultima camada); eletronegativo (7 elétrons na ultima camada) tabela de eletronegatividade: tendência de seqüestrar elétrons Alguns conceitos: - estado de equilíbrio – Fatração + Frepulsão=
- energia total: En= Eatração + Erepulsão
- energia de ligação: Eo
Ligações
- Ligação iônica : - ocorre entre íons + e - , com a transferência de elétrons entre eles. Para haver a formação de uma ligação iônica entre os elementos deve existir grande diferença de eletronegatividade. Geralmente ocorre entre metais+ ametais ou H. ocorre predominantemente nas cerâmicas. - Ligação covalente : compartilhamento de elétrons, nesse tipo de ligação há a formação de compostos estáveis. A eletronegatividade dos elementos que formam esse tipo de ligação é equivalente. Geralmente ocorrem entre ametais, sólidos elementares + compostos sólidos (família IVA)
- Ligação metálica : os átomos cedem seus elétrons formando um mar de elétrons, os núcleos se ligam por atração mutua aos elétrons. Nesse tipo de ligação, que ocorre entre metais, os elétrons se movem facilmente.
- Ligação secundária ou de na Der Waals : força de Coulomb entre dipolos. Tendência de um átomo – se unir com um +, e vice-versa. Resultado da polarização de moléculas.
Estrutura cristalina
- Materiais cristalinos: átomos com estruturação ordenada durante longas distâncias atômicas, formando redes cristalinas
- Materiais não cristalinos ou amorfos – estruturas desordenadas onde não existem longas disposições atômicas lineares.
- Célula unitária – menor parte de uma estrutura repetida, ou seja, de um cristal. Unidade básica repetitiva de uma estrutura tridimensional onde os átomos são representados por esferas.
Estrutura cristalina dos Metais
- numero grande de vizinhos, e alto empacotamento atômicos.
- estruturas mais comuns são: CCC, CFC, HC
Fator de empacotamento: quão empacotado está um átomo F = nº de átomos x volume de átomos/volume de célula unitária Volume dos átomos Vat = nº de átomos x volume da esfera (4 пr^3 /3)
Volume da célula Vce = Vcubo = a^3 , sendo “a” o parâmetro de rede da estrutura Densidade ρ = nº átomos da célula unitária x A (peso atômico)/Volume da célula x Numero de Avogadro Número de coordenação: número de átomos vizinhos
Sistema cúbico Sistema cúbico simples 8 átomos de aresta que compartilham 1/8 de seu volume a célula unitária = então, 8*1/8 = 1 átomo O sistema CCS possui baixo empacotamento atômico, por isso metais com essa estrutura não cristalizam. Possui nº de coordenação = 6 a = 2r , sendo “r” o raio atômico fator de emp. = 0,
Sistema cúbico de corpo centrado 8 átomos de aresta que compartilham 1/8 de seu volume a célula unitária + 1 átomo inteiro, o átomo do centro = então, 1/8*8 + 1 = 2 átomos na célula unitária Possui número de coordenação = 8 a = 4r/√ 3 fator de emp. = 0,
Sistema cúbico de face centrada 8 átomos de aresta que compartilham 1/8 de seu volume a célula unitária + 1 átomo inteiro, o átomo do centro + 6 átomos de face que compartilham 1/2 de seu volume = 1+1+3 = 4 átomos inteiros na célula unitária Possui número de coordenação = 12 a = 2r√ 2 fator de emp. = 0,
B – Defeitos lineares A.1. Discordâncias
- associadas a cristalização e a deformação de uma estrutura
- responsável pelo defeito, falta e rompimento dos materiais
- a quantidade e a movimentação de um material podem indicar o grau de deformação e tratamentos térmicos possíveis (?) Discordâncias são linhas que marcam a fronteira entre regiões deslizadas ou não, caracterizadas por um vetor de linha Vetor de Burger – vetor que define a falha de fechamento, ou seja, a falha cria uma impossibilidade do inicio de uma estrutura delimitada por uma linha de discordância condizer com o final dessa linha. Pense em um círculo onde o inicio não condiz com o fim, o vetor de Burger será a ligação entre essas extremidades. Discordâncias perfeitas estão relacionadas ao deslizamento de um espaço atômico completos. São tipos de disc. Perfeitas a em cunha e a em hélice.
A.1.a. Discordância em cunha ou aresta
- plano extra inserido em uma estrutura, sendo que a extremidade deste “meio plano” é a linha de discordância
- vetor de Burger é perpendicular a discordância
- aparece em zonas de tração e compressão
Imperfeição de linha : discordância em cunha ou aresta
A primeira imagem é de um cristal perfeito A segunda mostra um plano extra, sendo inserido nesse cristal O vetor Burger, caracterizado por b na terceira imagem equivale à distância necessária para fechar o contorno ao redor da discordância de aresta
A.1.b. Discordância em hélice ou espiral
- distorção de uma rede
- formação de um calo na estrutura
- o vetor de Burger, que descreve a direção do escorregamento, é perpendicular a linha de discordância
Há dois tipos de discordâncias, a em cunha e a hélice. Quando as duas aparecem juntas no material tem-se as discordâncias mistas ou combinadas.
Efeito em contorno de grão na resistência de materiais
Quando uma discordância encontro um contorno de grão ela tem que mudar de direção. Assim, quanto menos os tamanhos dos grãos, mais contornos estarão no caminho da discordância, necessitando de mais força de cisalhamentos para realizar deformação plástica. O material se torna mais resistente. (Grão – aglomerado atômico)
Encruamentos de metais – deformação do metal em baixas temperaturas a fim de torná-lo mais resistente. Porém, ao mesmo tempo se torna menos dúctil (propriedade de ser transformado em fios). O encruamento é explicado pela interação das discordâncias, que aumentam quando ocorre a deformação em baixas temperaturas, exigindo cada vez mais força para seguir deformando. A fórmula que condiz com o encruamento é : %Tf= (Ao – Af / Ao) x 100 [procurar sigf. das variáveis]
Para eliminar os efeitos do encruamento e voltar a ter as propriedades anteriores à deformação plástica deve-se fazer um tratamento térmico chamado de recozimento para recristalização que possui 3 etapas. São elas:
- Recuperação: ocorre um alivio das tensões internas armazenadas durante a deformação. Há uma redução dos número de discordâncias e um arranjo das mesmas. Propriedades físicas como condutividade térmica e elétrica voltam ao seu estado original.
- Recristalização: após a recuperação os grãos continuam tensionados. Na recristalização eles se arranjam iguais em todas as direções. O número de discordâncias reduz mais ainda. E as propriedades mecânicas voltam aos valores originais.
- Crescimentos dos grãos: após a recristalização, se o material permanecer por mais tempo em altas temperaturas os grãos continuarão a crescer, prejudicando as propriedades mecânicas e a resistência ao choque. Tornando o material mais mole e menos resistente.
Tipos de esforços
Tração – forças nas duas extremidades do objeto puxando para cima. Tende a alongar o corpo. Semelhante aos cabos de guindaste. Compressão – forças nas duas extremidades do objeto empurrando para dentro. Tendem a encurtar o objeto. Semelhante as colunas de uma construção. Cisalhamento – forças tangenciais ao objeto que o puxam em sentido contrário. Tendem a cortar o corpo. Ocorre com o deslocamento paralelo em sentido oposto de duas seções paralelas. Semelhante ao corte de uma tesoura ou guilhotina. Torção – força de rotação em uma das extremidades do objeto. Se ocorrer nas duas extremidades, para que haja a torção é preciso que essas forças girem em sentido contrário. semelhante ao eixo carda dos caminhões. Flexão – força de rotação de em um corpo tangencial ao apoio. Semelhante a um trampolim de piscina.
A deformação ocorre quando é aplicada uma tensão ou variação térmica que altera a forma de um corpo. As deformações por tensão podem ser classificadas basicamente em três tipos: deformação transitória ou elástica, deformação permanente ou plástica e ruptura. Quando se aplica um esforço mecânico em um objeto, efeitos gradativos ocorrem nesse material.
- Primeiro ocorre a deformação elástica. Não há ruptura das ligações químicas, apenas um alongamento. Os átomos voltam a sua posição inicial quando o esforço cessa.
Na fase elástica a deformação é proporcional ao esforço aplicado, sendo E = T/ε. Quando a tensão for do tipo de cisalhamento usa-se G = τ/ γ onde τ é a tensão de cisalhamento e γ é a deformação de cisalhamento. E e G se relacionam pela expressão: E = 2G(1+ν)
Sempre que se aumenta elasticamente um material em uma dimensão ele se reduz nas demais. A variável que indica esse percentual de variação se chama coeficiente de Poisson. Esse valor está em geral entre 0,25 e 0,35 para os metais, onde: Coeficiente de Poisson = - deformação lateral / deformação direto, ou seja, ν= - ε lateral /ε direto Lembrando que ε significa deformação. Desta forma a deformação elástica é sempre maior no sentido da força que nas direções perpendiculares
Vários processos de conformação mecânica que envolvem deformação plástica
