Crescimento de Grão [18]

Restauração após o encruamento

redução da energia interna

RecuperaçãoRecuperação

Restauração Recristalizaçãoestau ação ec sta ação

Crescimento de grãog

1>

Crescimento de Grão

Crescimento de grão: resulta da redução da energiade superfície associada aos contornos de grão dos materiais.p g

Analogia bolhas / espuma de sabão

The first director of the Institute for the Study of Metals (The University of Chicago), Cyril Stanley Smith, photographed around 1952. Smith is holding a small glass capsule full of soap bubbles that he used to illustrate how surface forces control the growth of grains in solid materials

2>

Crescimento de Grão

Analogia bolhas / espuma de sabãomovimento

pe

movimentoda superfície

k)pp(p γ⋅=−=Δ

D)pp(p ei =−=Δ

ppi

pressãopi > pe

ar

γ - energia interfacial [J m-2] D

3>

γ energia interfacial [J.m ]D – diâmetro da bolha [m]

D

Crescimento de Grão

Crescimento de bolhas de espuma de sabão:

tempo,em minutosem minutos

Resultado experimental:Resultado experimental:n < 6 – bolha de espuma desaparecen = 6 bolha de espuma estável

4>n = 6 – bolha de espuma estáveln > 6 – bolha de espuma cresce

Crescimento de Grão

Energia dos contornos de grão metálicos:

externas (γ = 1 a 2 J.m-2)SuperfíciesSuperfícies

internas (γ = 0,3 a 0,5 J.m-2)

6>

Crescimento de Grão

Interação entre os contornos de grão monofásico:

γb grão 3

aγacgrão 1

ab

γcgrão 2

)csen()bsen()asen(cba γ

=γ

=γ

equilíbrio estático

7>

)csen()bsen()asen(

Crescimento de Grão

Metais monofásicos policristalinos:• efeito da curvatura dos

i t ã d át

• efeito da curvatura dos contornos de grão

• movimentação dos átomose do contorno de grão

8>

Crescimento de Grão

Lei de crescimento de grão:

⎞⎛⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

⋅−

⋅⋅=−TR

QexptKDD o2o

2

⎠⎝ TR

Crescimento isotérmico de grão em

9>Crescimento isotérmico de grão em

latão 90Cu-10Zn

Crescimento de Grão

Efeito da solução sólida sobre o crescimento de grão:arrasto de soluto dificulta a movimentação do contornoarrasto de soluto dificulta a movimentação do contorno,restringindo o crescimento de grão.

Efeito das partículas sobre o crescimento de grão:di t ib i ã d tí l (t h tid d )distribuição de partículas (tamanho, quantidade)

“ancoramento” dos contornos de grão

crescimento de grão inibido

10>melhor resistência mecânica e tenacidade

Crescimento de Grão

Bloqueio dos contornos de grão por partículas:

força de “ancoramento” rNF ab ⋅γ⋅π⋅=

força de “crescimento”R

2Fcγ⋅

=R

11>

Crescimento de Grão

Modelos para o bloqueio dos contornos de grãotí lpor partículas:

solubilidade )ƒ(eficácia dos precipitados = tamanhofração volumétrica)ƒ( )ƒ(

Modelo de Zener d4D ⋅=Modelo de Zener

f3D

⋅

Modelo de Gladman ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −⋅

⋅π=

223

f6dD ⎟

⎠⎜⎝⋅ Z2f6

sendo D e d os tamanhos de grão e da partícula, respectivamente, f é a

12>

sendo D e d os tamanhos de grão e da partícula, respectivamente, f é afração volumétrica e Z é a razão de heterogeneidade da microestrutura.

Crescimento de Grão

Efeito das partículas sobre o crescimento de grão:

Coladas et al. (1977) – Crescimento de grão austenítico

TCG

aços sem microligantes aços com adição de nióbio

TCG

13>aços sem microligantes(crescimento normal)

aços com adição de nióbiotemperatura crítica (TCG)

Crescimento de Grão

Caracterização por microscopia ótica:

Gallego (1994) – Crescimento de grão austenítico

aço ABNT 4140austenitizado a 900,1000 1100 1200 e1000, 1100, 1200 e1300°C sem encharque.Ataque: pícrico. 125X.

14>250 μm

Crescimento de Grão

Interação das partículas com contornos de grão:

Gallego (1994) – Crescimento de grão austenítico

15>Antigos contornos de grão austenítico revelados com solução ácida.

Crescimento de Grão

Bibliografia:

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Van Vlack, L. H. Princípios de Ciência dos Materiais. Ed. Edgard Blucher São Paulo 1970 pp 133 135Edgard Blucher, São Paulo, 1970, pp. 133-135.

Guy, A. G. Ciência dos Materiais. LTC/EDUSP, São Paulo 1980 pp 316-321Paulo, 1980, pp. 316-321.

Reed-Hill, R. E. Princípios de Metalurgia Física. Ed.Guanabara Dois Rio de Janeiro 1982 pp 254-272Guanabara Dois, Rio de Janeiro, 1982, pp. 254 272.

http://jfi.uchicago.edu/aboutinstitute/documents/first_fifteen_photo.shtmlhttp://www.tms.org/pubs/journals/JOM/0109/Holm-0109.htmlhtt // k/ h t / b t t / i i ht lhttp://www.msm.cam.ac.uk/phase-trans/abstracts/grain.movies.html

Notas de aula preparadas pelo Prof. Juno Gallego para a disciplina Materiais de Construção Mecânica I.

16® 2009. Permitida a impressão e divulgação. http://www.dem.feis.unesp.br/maprotec/educacional.shtml/