Engenharia Dos Materiais URI

7/25/2019 Engenharia Dos Materiais URI

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Engenhar ia dos Mater iais

Autor: Professor Marco Antnio Durlo [email protected]

Coordenador do Laboratrio de TratamentosTrmicos e Engenharia de Superfcies - URI

Maro 2006


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SUMRIO

16 DIAGRAMA DE FASES ...............................................................................................316.1 Introduo ...................................................................................................................3

16.2 Limite de Solubilidade................................................................................................416.3 Fases ...........................................................................................................................416.4 Equilbrio de fases ......................................................................................................416.5 Diagrama de Fases e Condies de Equilbrio ...........................................................516.6 Sistemas Isomorfos Binrios ......................................................................................516.7 Diagrama de Fases Euttico Binrio ...........................................................................816.8 Quantidade Relativa de cada Microconstituinte - Regra da Alavanca .....................14

17 O SISTEMA FERRO-CARBONO...............................................................................1817.1 Diagrama de Fases Ferro-Carboneto de Ferro (Fe-Fe3C)..........................................1817.2 Desenvolvimento das Microestruturas em Ligas Ferro-Carbono. ............................20

17.3 Regra da Alavanca Aplicada ao Sistema Ferro-Carbono .........................................2518 CLASSIFICAO DAS LIGAS FERRORAS............................................................28

18.1 Aos ..........................................................................................................................2818.2 Ferros Fundidos ........................................................................................................3018.3 Determinao do Tamanho de Gro .........................................................................44

19 ENSAIOS MECNICOS.............................................................................................4919.1 Ensaio de Trao.......................................................................................................4919.2 Teste de Dobramento Para Materiais Frgeis...........................................................6419.3 Teste de Dureza: Sua Natureza e Uso.......................................................................66

19.4 Teste de Impacto.......................................................................................................6819.5 Teste de Fadiga .........................................................................................................7119.6 Ensaio de Fluncia....................................................................................................72

20 MOVIMENTO ATMICO NOS MATERIAIS - DIFUSO .....................................7520.1 Introduo .................................................................................................................7520.2 Mecanismos de Difuso............................................................................................7520.3 Energia de Ativao para Difuso ............................................................................7720.4 Taxa de Difuso (1 lei de Fick)...............................................................................7820.5 Perfil de Composio Segunda lei de Fick ............................................................8220.6 Difuso e Processamento de Materiais .....................................................................83

21 POLMEROS................................................................................................................8521.1 Polimerizao:..........................................................................................................8621.2 Termoplsticos..........................................................................................................8821.3 Copolmeros..............................................................................................................9121.4 Elastmeros...............................................................................................................9221.5 Polmeros Termorgidos ...........................................................................................9321.6 Propriedades Fsicas e Mecnicas dos Polmeros.....................................................97


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16 DIAGRAMA DE FASES

Figura 16.1 Metalografia em Microscpio Eletrnico de Varredura mostrando amicroestrutura de um ao carbono com 0,44 % de carbono. As grandes reas escuras soferrita pr-eutetide. As regies que apresentam estrutura lamelar alternando entre claro eescuro so perlita: as camadas escuras correspondem a ferrita enquanto as camadas clarascorrespondem a cementita. Durante o ataque qumico, antes da anlise, a fase ferrita foi

preferencialmente dissolvida: dessa forma a perlita aparece em relevo topogrfico com ascamadas de cementita estando elevadas acima das cs camadas de ferrita.

Introduo

A compreenso do diagrama de fases para sistemas de liga extremamente importante,pois existe uma forte correlao entre microestrutura e propriedades mecnicas. (Figura 16.2)

Figura 16.2 Relao entre processo de fabricao, microestrutura e propriedades mecnicas.

Quando um material deformado a frio ocorre uma alterao da microestrutura com oconseqente aumento de resistncia.


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O desenvolvimento de uma liga est relacionado as caractersticas de seu diagrama defases. Da mesma forma os diagramas de fases nos fornecem informaes valiosas sobre osfenmenos da fuso, fundio, cristalizao e outros.

Limite de SolubilidadePara muitos sistemas de ligas em uma dada temperatura especfica, existe uma

concentrao mxima de tomos de soluto que pode se dissolver no solvente para formar umasoluo slida, que chamado limite de solubilidade. A adio de soluto em excesso, almdesse limite de solubilidade, resulta na formao de uma outra soluo slida ou de outrocomposto que possui composio marcadamente diferente.

Exemplo: sistema gua acar (Figura 16.3)

Inicialmente soluo ou xarope gua-acar;

Limite de solubilidade atingido soluo gua-acar + cristais slidos de acar.

Figura 16.3 Solubilidade do acar (C12H22011) em um xarope acar-acar

Fases

Poro homognea de um sistema que possui caractersticas fsicas e qumicas uniformes.Uma fase possui as seguintes caractersticas: [Figura 16.4 (a)]

a) Possui a mesma estrutura ou arranjo atmico;b) Possui aproximadamente a mesma composio;c) Existe uma interface definida entre a fase e as vizinhanas ou fases adjacentes.

Equilbrio de fases

Um sistema est em equilbrio se a energia livre se encontra em um valor mnimo parauma combinao especifica de temperatura, presso e composio. Em sentido macroscpico,

isso significa que as caracterstica do sistema no mudam ao longo do tempo, mas persistemindefinidamente, isto , o sistema estvel.


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Figura 16.4 Ilustrao de fases e solubilidade: (a) As trs formas da gua: gs, lquido eslido representam fases diferentes. (b) gua e lcool possuem solubilidade ilimitada. (c)gua e sal possuem solubilidade limitada. (d) gua e leo no possuem solubilidade.

Diagrama de Fases e Condies de Equilbrio

Os diagramas de fases so teis para prever as transformaes de fase e as microestruturaresultantes, que podem apresentar carter de equilbrio ou de ausncia de equilbrio. Osdiagramas de fases ou equilbrio representam a relao entre a temperatura e as composies,

e as quantidades de cada fase em condio de equilbrio.

Sistemas Isomorfos Binrios

Ex: Sistema cobre-nquel. (Figura 16.5)

= soluo slida substitutiva que contm tomos de Cu e Ni, e que possui uma estruturacristalina CFC.

A temperatura abaixo de 1085C o cobre e o nquel so mutuamente solveis um ao outrono estado slido, para toda e qualquer composio. Essa solubilidade explicada pelo fato deque tanto o Cu como o Ni possuem a mesma estrutura cristalina (CFC), raios atmicos eeltronegatividade praticamente idnticos e valncias semelhantes. O sistema cobre-nquel chamado isomorfo devido a completa solubilidade dos dois componentes no estado liquido eslido.

Temperatura de fuso Cu puro =1085CTemperatura de fuso Ni puro = 1453C

Para um sistema binrio com composio e temperatura conhecidas e que se encontra emequilbrio, pelo menos trs tipos de informaes esto disponveis: (figura 16.5a)

a) As fases que esto presentes;b) As composies das fases;c) As percentagem ou fraes das fases.


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Figura 16.5 (a) Diagrama de fases cobre-nquel (b) poro do diagrama de fases cobre nquelpara o qual as composies e quantidades de fases esto determinadas para o ponto B

Fases presentesPonto A ( 60% de Ni e 40% de Cu T 1100C fase )

Ponto B (35% de Ni e 65% de Cu T 1250C fase +L)

Composio das fases

a) Constri-se uma linha de armao atravs da regio bifsica a temperatura da liga.

b) Identifica-se as intersees da linha de amarrao com as fronteiras entre as fases emambos os lados.

c) Traam-se linhas perpendiculares a linha de amarrao a partir dessas intersees at o eixo

horizontal, onde a composio lida.Ex.: liga 35% Ni 65% Cu a temperatura 1250 C


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CL= % Ni % CuC= %Ni % Cu

Determinao das quantidades das fases

Regio monofsica Leitura direta no diagrama de fases.

Regio bifsica Regra da alavanca ou regra da alavanca inversa. (Fig. 16-5b)

SR

SWL

+=

SR

RW

+=

CLC

CoCWL

=

CLC

CLCoW

=

Ex.:considerando uma liga de cobre-nquel onde 1250C ambas as fases +liquido

esto presentes em uma liga com composio de 35% Ni 65% Cu. Calcule as frao dasfases e lquida. (Fig. 16.5 b)

Propriedades Mecnicas de Ligas Isomorfas

As propriedades mecnicas de uma liga variam em funo da variao da composioqumica da liga.

Figura 16.6 Para o sistema cobre-nquel (a) limite de resistnc ia a trao em funo da

composio e (b) ductilidade (% AL) em funo da composio temperatura ambiente.Existe uma soluo slida para todas as composies.


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Diagrama de Fases Euttico Binrio

Ex.: Sistema cobre - prata. (Figura 16.7)

Trs regies monofsicas distintas a, e lquida;

Fase = soluo slida rica em cobre (Ag como soluto).

Fase = soluo slida rica em prata (Cu como soluto).

Tecnicamente o cobre puro considerado como fase e a prata pura considerada comfase.

A solubilidade em cada uma dessas fases limitada (CBA) e (HGF).

Solubilidade mxima da fase = 8 % Ag em 779 C.

Solubilidade mxima da fase = 8,8 % Cu em 779 C.

Linha Slidus - (BEG) representa a temperatura mais baixa no qual uma fase lquidapode existir. (Para qualquer composio da liga).

Existem trs regies bifsicas ( +++ LL )

Linha Lquidus - A medida que a prata adicionada ao cobre, a temperatura no qual aliga se torna totalmente liquida diminui ao longo da curva liquidus, curva AE. Dessa forma,a temperatura de fuso do cobre reduzida pela adio de prata. O mesmo pode ser dito

para a prata. A introduo de cobre reduz a temperatura de fuso ao longo da outra curvaliquidus FE.

Ponto Invariante -Ocorre uma reao importante para a liga com composio CE

( )CEL ( ) EE CC +

Sob resfriamento, uma fase lquida transformada nas duas fases slidas e . Essa chamada uma reao eutticae CErepresenta a composio e TEa temperatura do euttico.

Freqentemente, a curva slidus horizontal em TE chamada de isoterma euttica.A reao euttica sob resfriamento, semelhante a solidificao de componentes puros

no sentido de que a reao prossegue at seu termino a uma temperatura constante, ou sejade maneira isotrmica. Entretanto o produto slido da solidificao euttica consiste sempreem duas fases slidas.

Na construo de diagramas de fase binrios, importante compreender que uma fase,ou no mximo duas, pode estar em equilbrio dentro de uma campo de fase. Para um sistemaeuttico, trs fases (, e L) podem estar em equilbrio, porem somente nos pontos aolongo da isoterma euttica. Outra regra geral de que as regies monofsicas esto sempreseparadas uma das outras pr uma regio bifsica.

Obs: Ponto euttico a menor temperatura de fuso ou solidificao de uma liga

Resfriamento

Aquecimento


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Figura 16.7 Diagrama de fases para o sistema cobre-prata

Desenvolvimento de Microestruturas em Ligas Eutticas

Dependendo da composio so possveis vrios tipos de microestrutura para oresfriamento lento de ligas que pertencem ao sistema euttico binrio.

1 Caso - Variao entre um componente puro e a mxima solubilidade para aquelecomponente a temperatura ambiente.

Temperatura Ambiente Liga chumbo com at 2% de Sn (estanho)Liga estanho com at 1% de Pb (chumbo). (Figura16.8)

Figura 16.8 Diagrama de fases para a liga chumbo-estanho


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- 350C, liquido; ( Figura 16.9)

- 330C, a fase comea a se formar;

- A solubilidade atinge seu trmino no ponto onde a linha WW cruza a curva

slidus.- A liga resultante policristalina com uma composio uniforme C1.

- Nenhuma alterao subseqente ir ocorrer com o resfriamento at atemperatura ambiente (ponto C).

Figura 16.9 Representao esquemtica das microestruturas em condies de equilbrio

para uma liga chumbo-estanho com composio C1, medida que ela resfriada desde aregio de fase lquida


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2Caso

Composio entre o limite de solubilidade temperatura ambiente e a solubilidadeslida mxima na temperatura do euttico. (Figura 16.10)

Ponto d Lquido

Ponto e L+

Ponto f 100%

OBS: Imediatamente acima da intercesso com a curva solves (ponta f), amicroestrutura consiste em gros da fase com a composio C2.

Com o cruzamento da curva solves a solubilidade slida da fase excedida, o queresulta na formao de pequenas partculas da fase (ponto g). Com o prosseguimento doresfriamento, essas partculas crescero em tamanho.

Figura 16.10 representao esquemticas das microestruturas em condies de equilbrio

para uma liga chubo-estanho com composio C2, medida que ela resfriada desde aregio de fase lquida.


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3 Caso

Envolve a solidificao da composio euttica. Na medida em que a temperatura reduzida nenhuma alterao ocorre at que a temperatura do euttico seja atingida. Ao cruzara isoterma euttica o liquido se transforma nas duas fases e , onde as composies dasfases e so ditadas pelos pontos nas extremidades da isoterma euttica. ( 18,3% e97,8%). (Figura 16.11)

Figura 16.11 Representao esquemtica das microestruturas em condio de equilbrio

para uma liga chumbo-estanho com a composio euttica C3

Durante essa transformao, deve existir necessariamente uma redistribuio doscomponentes vistos que as fases e possuem composio diferentes e nem uma delas igual a composio do liquido. Esta redistribuio obtida mediante a difuso atmica. Amicroestrutura do slido que resulta dessa transformao consiste em comandos alternadosdas fases e , que se formam simultaneamente durante a transformao (ponto i), chamadaestrutura euttica. (Figuras 16.12 e 16.13)

Figura 16.12 Micrografia mostrando a microestrutura de uma liga chumbo-estanho com acomposio euttica. Essa microestrutura consiste em camadas alternadas de uma soluoslida da fase a rica em chumbo (camadas escuras) e de uma soluo slida da fase rica emestanho (camadas claras). Ampliao 375 X


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Figura 16.13 Representao esquemtica da formao da estrutura euttica para o sistemachumbo-estanho. As direes da difuso dos tomos de estanho e de chumbo esto indicadaspelas setas cinzas-claras e cinzas-escuras, respectivamente.

4 Caso

Inclui todas as composies que no so eutticas, mas, quando resfriadas, cruzam oisoterma euttico.

Figura 16.14 Representao esquemtica das microestruturas em condies de equilbrio

para u liga chumbo-estanho com composio C4, medida que ela resfriada desde a regioda fase lquida


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O desenvolvimento microestrutural entre os pontos J e L ocorre de modo queimediatamente antes do cruzamento da isoterma euttica, as fases (18,3% de Sn) liquida(61,9% de Sn composio euttica).

A medida que a temperatura for reduzida para abaixo daquela do euttico, a fase liquida,que possui composio do euttico se transformar na estrutura euttica (ponto n).

Figura 16.15 Micrografia mostrando a microestrutura de uma liga chumbo-estanho comcomposio de 50% Sn-50% Pb. Essa microestrutura composta por uma fase a primria ricaem chumbo (grandes regies escuras) no interior de uma estrutura euttica lamelar queconsiste de uma fase rica em estanho (camadas claras) e uma fase a rica em chumbo

(camadas escuras). Ampliao 400 X

A fase estar presente tanto na estrutura euttica como tambm na fase que seformou durante o resfriamento atravs do campo das fases + L. Para distinguir uma fase da outra aquela que reside na estrutura euttica conhecida como e euttica enquantoaquela que se formou antes do cruzamento da isoterma euttica conhecida como

primria.

Microconstituinte um elemento da microestrutura que possui uma estruturacaracterstica e identificvel.

Ex: (ponto m) Dois constituintes a) Fase a primria

b) estrutura euttica (a e+ )

OBS:

a) A estrutura euttica um microconstituinte formado por uma mistura de duas fases (ae+).

b) O euttico possui uma composio fixa = 61,9% Sn.Quantidade Relativa de cada Microconstituinte - Regra da Alavanca


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Ex.: Liga composio C4 = (30% Sn - 70% Pb) em uma temperatura logo abaixo da

temperatura euttica (Figura 16.16)

a) Frao do Microconstituinte Euttico We e primrio( ): (mesma frao dolquido WLa partir do qual se transforma).

b) Frao da fase total W (Euttica We + primria W ) e Frao de fasetotalW


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Figura 16.16 Diagrama de fases para o sistema chumbo-estanho usado nos clculos dasquantidades relativas dos microconstituintes a primrio (a') e euttico para uma liga comcomposio C4'.

Figura 16.17 Representao esquemtica das microestrutura em condies de equilbrio

para uma liga chumbo-estanho com composio C4' a medida que ela resfriada desde aregio da fase lquida.


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Obs.

Para uma liga Pb Sn com composio Hipoeutlica(


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17 O SISTEMA FERRO-CARBONO

De todos os sistemas de ligas binrias; o que possivelmente o mais importante aqueleformado pelo ferro e o carbono. Tanto os aos como os ferros fundidos so essencialmenteligas ferro-carbono.

Diagrama de Fases Ferro-Carboneto de Ferro (Fe-Fe3C)

O ferro puro, ao ser aquecido experimenta duas alteraes na sua estrutura cristalina antesde se fundir. A temperatura ambiente, a forma estvel, conhecida como ferrita, ou ferro alfa

possui uma estrutura cristalina CCC. A ferrita experimenta uma transformao para austenitacom estrutura cristalina CFC ou ferro , temperatura de 912C. Essa austenita persiste ate1394C, temperatura em que a austenita CFC reverte novamente para uma fase com estruturaCCC, conhecida por ferrita d.

Figura 17.1 Diagrama de fases para o sistema ferro-carbono

6,67% C carbeto de ferro, cementita (Fe3C).

O sistema ferro-carbono pode ser dividido em duas partes: uma poro rica em ferro eoutra (no mostrada) para composies entre 6,7e 100% C-grafite puro. Em termos prticos

todos os aos e ferros fundidos possuem teores de carbono inferiores a 6,67% C, desta forma considerado somente o sistema ferro-corbeto de ferro. (ferrita d desconsiderada).


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O carbono uma impureza intersticial no ferro e forma uma soluo slida tanto com aferrita a como com a austenita. Na ferrita a, com estrutura CCC, somente pequenasconcentraes de carbono so solveis. A solubilidade mxima 0,022% a 727C. NaTemperatura Ambiente de 0,008 %C. A solubilidade limitada pode ser explicada pela formae tamanho das posies intersticiais na estrutura CCC (figura 17.2 b), que torna difcil

acomodar os tomos de carbono. Embora presente em baixas concentraes, o carbonoinfluencia de maneira significativa as propriedades mecnicas da ferrita, magntica abaixo de768C com uma densidade de 7,88g/cm3. (Fig 17.3a).

Figura 17.2 Modelos para clulas unitrias cbico simples (SC), cbico de corpo centrado(BCC) e cbico de face centrada (FCC)

Figura 17.3 Metalografias da (a) ferrita (ampliao 90X) e da austenita (ampliao 325 X)


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A austenita, ou ferro ? CFC (Fig. 17.2 CFC), quando ligada somente com carbono no estvel a temperaturas inferiores a 727C. A solubilidade mxima do carbono na austenita2,14% ocorre a 1147C. Essa solubilidade aproximadamente 100X maior do que o vetormximo para a ferrita com estrutura CCC, uma vez que as posies intersticiais na estruturacristalina CFC so maiores. As transformaes de fases envolvendo a austenita so muito

importantes no tratamento trmico dos aos. Deve ser mencionado que a austenita no-magntica. (figura 17.3 C).

A ferrita d virtualmente a mesma ferrita a, exceto pela faixa de temperatura que ocorre,uma vez que a ferrita d estvel somente a temperaturas elevadas, ela no de importnciatecnolgica.

A cementita (Fe3C) se forma quando o limite de solubilidade para o carbono na ferrita a excedido a temperatura abaixo de 727C. O Fe3C tambm coexiste com a fase ? entre astemperaturas de 727e 1147C. Mecanicamente, a cementita muito dura e frgil. Aresistncia dos aos aumentada substancialmente pela sua presena.

Existe um euttico para o sistema ferro-carbeto de ferro, localizado a 4,3% C e 1147C.

CFLEutticaao eaquec

resf

3

.

.

Re +

Existe um ponto invariante eutetide para uma composio 0,76% C a uma temperatura de727C.

)%67,6()%022,0()%76,0(Re 3.

.

CCFCCEuttoideao eaquec

resf

+

As ligas ferrosa so aquelas nas quais o ferro o componente principal, porm o carbono,assim como outros elementos de liga podero estar presente. Existe trs tipos de ligas ferro,ao e ferro fundido.

O ferro comercialmente puro contm menos do que 0,008%C sendo compostoextensivamente da fase ferrita temperatura ambiente. As ligas ferro-carbono que contmentre 0,008 e 2,14%C so classificadas como aos. A microestrutura consiste tanto da fase acomo da fase Fe3C. Embora uma liga de ao possa conter at 2,14%C as concentraes de

carbono raramente excedem a 1%.Os ferros fundidos so classificados como ligas ferrosa que contm entre 2,14 e 6,67%C

entretanto os ferros fundidos comerciais contm normalmente menos do que 4,5%C.

Desenvolvimento das Microestruturas em Ligas Ferro-Carbono.

Ligas Eutetides (0,76%C) - A microestrutura para um ao eutetide lentamenteresfriada atravs da temperatura eutetide consiste em camadas alternadas ou lamelascompostas por duas fases (a + Fe3C).= Perlita. (Figura 17.4).


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Figura 17.4 Representaes esquemticas das microestruturas para uma liga ferro-carbonode composio eutetide (0,76 % p C) acima e abaixo da temperatura eutetide.

)%67,6()%022,0()%76,0( 3.

.

CCFCC eaquec

resf

+

(Figuras 17.5 e 17.6)

Figura 17.5 Metalografia de um ao eutetide em microscopia ptica mostrando a

microstrutura perltica, que consiste em camadas alternadas de ferrita a (fase clara) e Fe3C(camadas finas escuras). Ampliao de 500 X.


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Figura 17.6 Representao esquemtica da formao da perlita a partir da austenita. Adireo de difuso do carbono est indicada pelas setas.

Ligas Hipoeutetides (C< 0,76%):A ferrita est presente na perlita e tambm como afase que se formou ao longo da regio de fase a+?. A ferrita que est presente chamada deferrita eutetide, enquanto a outra, que se formou a temperaturas acima de Te conhecida porferrita proeutetide (pr ou antes eutetide). (Figura 17.7 e 17.8)

4342143421

FerritaPerlita

e

sf CF +++ 3.Re

Figura 17.7 Representaes esquemticas das microestruturas para a liga ferro carbono com

composio hipoeutetide Co (< 0,76%p C) medida que ela resfriada desde a regioaustentica at abaixo da temperatura eutetide.


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Figura 17.8 Metalografia em microscpio ptico de uma ao com 0,38%p C com umamicroestrutura composta por perlita e ferrita preutetide. Ampliao 635 X

Ligas Hipereutetides (0,76


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Figura 17.10 Metalografia em microscopia ptica de um ao com 1,4%p de carbono quepossui uma microestrutura composta por uma rede de cementita pr-eutetoide, branca, queenvolve as colnias de perlita. Ampliao 1000 X.

Influncia de elementos de liga na temperatura e composio eutetide:(Figuras 17.11 e 17.12)

Figura 17.11 Efeito da concentrao de elementos de liga na temperatura eutetide

Figura 17.12 Efeito da concentrao de elementos de liga na composio eutetide


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Figura 17.13 Representao esquemtica dos constituintes formados em ao hipo-

eutetide, ao eutetide, e ao hipereutetideRegra da Alavanca Aplicada ao Sistema Ferro-Carbono


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(Tambm conhecida como regra da alavanca invertida)

)()( Perlita

UT

TWp

+=

oeutetideFerritaUT

UW Pr

)('

+=

)()( Perlita

XV

XWp

+=

eutetideCementitaXV

VCWFe +

= Pr'3

Figura 17.14 Regra da alavanca aplicada ao sistema Fe-C

Exerccio 17.1) Para um ao SAE 1035, a uma temperatura imediatamente abaixo daeutetide, determine:


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a) As fraes de ferrita proeutetide e perlita.

b) As fraes de ferrita eutetide.

c) As fraes de fases ferrita total e cementita total.

Exerccio 17.2) Determine a quantidade de ferrita total e cementita total existentes natemperatura ambiente em um ao ABNT 1045 resfriado lentamente a partir do campoaustentico.

Exerccio 17.3) Para um ao hipereutetide contendo 1,1 % C a uma temperaturaimediatamente abaixo da eutetide, determine:

(a)A frao de ferrita pr-eutetide;(b)As fraes de cementita pr-eutetide e perlita;(c)A frao de cementita eutetide;(d)As fraes de ferrita total e cementita total.


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18 CLASSIFICAO DAS LIGAS FERRORAS

18.1. AosLiga Fe + C, podendo apresentar ou no elementos de liga, com o teor de carbono

variando de 0,008 a 2,11%.

Impurezas: S, P < 0,05 % Ao carbono = Fe + C + impurezas

Ao Liga = Fe + C + elementos de liga (Cr, Ni,, Mo, ...) + impurezas.

Tabela 18.1 Norma SAE (ABNT) de Classificao dos Aos

Classificao das Incluses nos Aos:

A Tipo Sulfeto B Tipo Alumina C Tipo Silicato D Tipo xido Globular


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Fabricao dos Aos

Alto Forno: Fabricao a partir do minrio de ferro;

- Magnetita Fe3O4 72,4 % Fe

Minrio de Ferro - Hematita Fe2O3 - 69,9 % Fe- Limonita - 2FeO2 3H2O - 48,3 % Fe

Figura 18.1 - Representao de uma instalao para produo de gusa

Consideraes:

Carga colocada pela parte superior

Minrio de ferro (a reduzir)

Coque ou carvo de lenha: para fornecer a energia trmica e o CO necessrios a reduo.

Calcrio: Fundente para fluidizar as impurezas e formar um escria mais fusvel.

Na parte inferior, logo acima do cadinho injetado ar quente para alimentar a combusto docarvo.

- Gusa slido ou lquido.Produtos - Escria flutua sobre o gusa

- Gases ricos em CO: utilizados como combustvel

Produo: em torno de 50 a 100 toneladas por dia.

A figura 18.2 apresenta as principais etapas de fabricao de aos em alto forno enquanto a

tabela 18.2 apresenta as principais reservas de minrio de ferro no mundo.


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Figura 18.2 - Etapas de fabricao de ao em alto forno, a partir de minrio de ferro

Tabela 18.2 - Principais reservas de minrio de ferro no mundo


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Conversor Bessemer: Forno basculante em cujo fundo se encontram orifcios atravs daqual passa ar sob presso atravs da carga que sempre lquida.

Corridas de 10 a 20 toneladas;

Ar insuflado frio;Temperatura do banho mantida pelas reaes exotrmicas do oxignio do ar com Si, Mn, C.

Ajuste do teor de C pelo sopro (~ 15 minutos)

Figura 18.3 - Representao de um conversor Bessemer

Forno eltrico:Fabricao a partir da sucata (figura 18.3)

Carga: Sucata + coque + fundentes

Energia trmica: arco eltrico que se forma entre os eletrodos e a carga.

Escria: removida pela porta de carga.

Corrida: ~ 60 toneladas com durao de 8 horas.


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18.4 - Representao de um forno eltrico tipo Heroult

Figura 18.5 - Representao de um forno Siemens- Martin


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Propriedades Mecnicas dos Aos

Boa resistncia mecnica, ductilidade, relativa homogeneidade, possibilidade de serforjado, laminado, trefilado, moldado, soldado, usinado, modificado em suas propriedades pormeio de tratamentos mecnicos, trmicos e qumicos.

Aplicaes: eixos, engrenagens, parafusos, rolamentos, trilhos, peas de mquinas emotores, ferramentas.

O carbono exerce a principal influncia na dureza e resistncia mecnica.

Ao fundido Granulao grosseira tipo dendrtico.

Figura 18.6 Microestrutura (dendrtica) de um ao fundido

Trabalho a quente: A partir do estado austentico (laminao).

- Homogeneizao da estrutura;

- Destruio da estrutura dendrtica;

- Recristalizao com acentuada reduo no tamanho de gro;

- Melhoras das propriedades mecnicas.

Trabalho a frio(encruamento) Figura (18.7)

- Aumento da resistncia mecnica;- Aumento da ureza;

- diminuio da ductilidade (menor alongamento e estrico)


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Figura 18.7 Microestrutura de um ao deformado a frio


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Aos Liga

Objetivos:

Aumentar a dureza e resistncia a trao;

Conferir resistncia uniforme atrvs de toda a seo em peas de grande dimenses;Aumentar a resistncia a corroso (Cr)Melhorar a resistncia ao aquecimento (dureza em elevadas temperaturas)Aumentar a resistncia ao desgaste;Melhorar as propriedades eltricas e magnticas;Diminuir peso.

Elementos de liga: Aumentam a resistncia da ferrita (fig. 18.8) e formam carbonetos de liga.

Efeito dos elementos de liga nos carbonetos

Ordem crescente de formao: Mn, Cr, Mo, W, Ta,V, Nb, TiMenor tendncia do que o ferro: Si, Al, Cu, Ni e Co.

Quanto mais fino os carbonetos maior a resistncia mecnica e menor a ductilidade.

O aumento do teor de carbono do ao (at 0,76 %) aumenta o limite de escoamento, aumentaa resistncia a trao, e diminui o alongamento e resistncia ao choque.

Efeito dos elementos de liga na formao da Austenita: O aquecimento dos aos temperatura de austenitizao retm em soluo na austenita todos os elementos de liga que

estavam previamente dissolvidos na ferrita. (aumenta levemente a dureza)

Elementos no dissolvidos: Elevam a temperatura de crescimento de gro Diminuem otamanho de gro.

Carbonetos se dissolvem parcialmente na austenita e aqueles mais estveis evitam ocrescimento de gro.

Figura 18.8 Efeito dos elementos de liga na ferrita


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Aos Especiais

Tabela 18.5 - Aos Estruturais Perlticos de Alta Resistncia e Baixo Teor de Liga

Tabela 18.6 - Faixa de Composio de Aos-Carbono SAE Ressulfurados

Tabela 18.7 - Ao Baixo Teor de Liga para Cementao


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Tabela 18.8 - Habilidade dos Elementos de Liga em Conferir Certas Propriedades aosAos Para ferramentas e Matrizes

Tabela 18.9 - Aos Para Ferramentas Temperveis em gua

Tabela 18.10 - Aos Para Ferramentas Resistentes ao Choque


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Tabela 18.11 - Ao Ferramenta Para Trabalho a Frio

Tabela 18.12 - Ao Ferramenta Para Trabalho a Frio


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Tabela 18.13 - Ao Ferramenta Para Trabalho a Quente

Tabela 18.14 - Ao Ferramenta Para Trabalho a Quente

Tabela 18.15 - Composies Qumicas Representativas de Trilhos


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Tabela 18.16 - Aos Rpidos Para Ferramentas

Tabela 18.17- Aos Rpidos Para Ferramentas


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Tabela 18.18 - Composio de Aos Normalmente Nitretados

Tabela 18.19 - Aos Inoxidvies


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18.2. Ferros Fundidos

No pode s er deformado nem a frio e nem a quente.

Peas so fabricadas em sua forma final (acabamento posterior);

Resistncia ao choque e a trao menor do que o ao.Empregados em peas de menor responsabilidade ou sujeitas a tenses moderadas;

Mais baratodo que o ao;

Aplicaes:Bases e suportes de mquinas, volantes, mancais, peas que atuam mais pelopeso do que pela resistncia.

Figura 18.9. Diagrama Fe-C apresentando a classificao para aos e ferros fundidos


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18.3. Determinao do Tamanho de Gro

A (ASTM) apresenta uma norma para especificar o tamanho de gro. O numero de gropor polegada quadrada N determinado a partir de uma fotografia tirada com umamagnificao de 100vezes.

O tamanho de gro ASTM dado por:

N = 2n-1

N = Nmero de gros por polegada quadrada;

n = Tamanho de gros ASTM;

Um tamanho de gro ASTM elevado indica muitos gros ou tamanho de gro refinados eest relacionado com elevada resistncia.Obs O aumento do tamanho de gro em um dado material diminui a rea superficial totaldos gros para o mesmo volume de material.

Tabela 18.3 Dimetro mdio para diferentes tamanho de gro ASTM

A seguir so apresentados padres de comparao para gros nmero 01 a 08 ASTM e porltimo o aspecto da superfcie de fratura de acordo com o tamanho de gro ASTM


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19 ENSAIOS MECNICOS

Os ensaios mecnicos so realizados pela aplicao, em um material de um dos possveisesforos: trao, compresso, flexo, toro, cisalhamento, para determinar a resistncia domaterial a cada um desses esforos.

Objetivo: Determinar as propriedades mecnicas de um material

Propriedades {Ensaios No Destrutivosraios-x, ultra-som, Magma flux, (dureza).

Ensaios Destrutivostrao, dobramento, flexo, flexo, toro, fadiga, impacto.

Ensaio de Trao

Consiste em submeter um material a um esforo que tende a along-lo.

So aplicados esforos crescentes na direo axial do corpo de prova, sendo medidas asdeformaes correspondentes por intermdio de um extensmetro.

O corpo de prova levado at a ruptura. traado a curva Tenso x deformao.

Figura 19.1 Representao Esquemtica do dispositivo usado para realizar ensios tenso-deformao por trao. O corpo de prova alongado pelo travesso mvel. Uma clula de

carga e um extensmetro medem respectivamente, a magnitude da carga aplicada e oalongamento.

Fsicas e falhas} Ensaios no destrutivosMecnicasEnsaios Destrutivos


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A uniformidade deformao termina no momento em que atingida a carga mximasuportada pelo material, quando comea a aparecer o fenmeno de estrico ou diminuio daseo transversal do corpo de prova, no caso de materiais com certa ductilidade.

A ruptura se da na regio estrita do material, a menos que um defeito interno no material,fora dessa regio, promova a ruptura do mesmo, o que dificilmente acontece. (Figura 19.2).

Velocidade = 1 Kgf/mm2por segundo

Figura 19.2 Comportamento tpico da curva tenso-deformao de engenharia at a fraturado material, ponto F. O limite de resistncia a trao, LRT est indicado no ponto M. Osdetalhes circulares representam a geometria do corpo de prova deformado em vrios pontosao longo da curva

Ensaio de Trao Convencional (So)

TensoResistncia interna de um corpo a uma fora externa aplicada sobre ele, porunidade de rea.

So

Q

=

Deformao Variao de uma dimenso qualquer desse corpo, por unidade decomprimento, quando esse corpo submetido a um esforo qualquer.

Lo

L=

(Figura 19.3)

Tenso Mdia Este termo ocorre devido ao fato da tenso no ser completamenteuniforme sobre a rea, So, ou seja, cada elemento longitudinal na barra no sofre a mesmadeformao. A anisotropia inerente aos gros de um metal policristalino impede uma

completa uniformidade da tenso em uma pea de dimenses macroscpicas. Como avariao extremamente pequena, o termo tenso mdia chamado apenas de tenso.


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Figura 19.3 - Barra Submetida a esforo de trao

Propriedades Mecnicas Obtidas Pelo Ensaio de trao Convencional

Grfico Tenso X Deformao

Figura 19.4 Grfico tenso X Deformao de um metal

Mdulo de Elasticidade (Figura 19.5)

Zona Elstica

=

(Lei de Hooke)

E= constante de proporcionalidade, mdulo de elasticidade ou mdulo de Young.


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Figura 19.5 - Diagrama Esquemtico Tenso x Deformao mostrando a deformao elsticalinear para ciclos de carga e descarga

Limite de Elasticidade - A linearidade do diagrama termina num ponto A denominadolimite elstico, definido como a maior tenso que o material pode suportar sem ocorrerqualquer deformao permanente. (figura 19.4)

Regio AO - O material esta na regio elstica. Se em qualquer ponto dentro da linhaAO, a carga for aliviada, o descarregamento seguir tambm a mesma reta AO e para umdescarregamento total, o metal volta a origem (ponto O), sem apresentar qualquer deformaoresidual ou permanente. (figura 19.4).

Limite de Proporcionalidade - Ao ser atingida uma tenso em que o material j noobedece a lei de Hooke, ou seja, a deformao no proporcional tenso chega se ao ponto Adenominado limite de proporcionalidade.

A posio relativa entre A e A no totalmente definida e alguns autores colocam Aabaixo de A. Na verdade esses dois pontos muitas vezes se confundem sendo difcildetermin-lo com preciso, devido ao fato de que o desvio da linearidade sempre gradual eno a um ponto bem determinado para cada um desses limites.

Admite-se que uma deformao residual de 0,001% seja o limite da zona elstica. Estas

consideraes so aplicveis aos metais dcteis. Metais extremamente duros podem romperdentro da zona elstica e neste caso estes conceitos deixam de ser importantes. (figura 19.4).

Zona Plstica - A tenso e a deformao no so relacionados por uma constante deproporcionalidade. Havendo descarregamento do material at tenso igual a zero, o metal ficacom deformao permanente ou residual. (Figura 19.4)

Escoamento - O inicio da plasticidade verificado em vrios metais e ligas dcteis,como aos de baixo carbono, pelo fenmeno do escoamento. O escoamento um tipo detransio heterognea e localizada, caracterizado por um grade aumento da deformao com

pequena variao de tenso. Depois do escoamento o metal est encruado. Vrios metais e

ligas no exibem esse fenmeno ou o escoamento no ntido. Isso acontece, por exemplo,quanto mais duro o material.


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Limite de Escoamento- a tenso atingida durante o escoamento.

So

Qee=

Qe = Carga de escoamento

Quando no for possvel determinar o limite de escoamento com preciso suficiente,adota-se o limite convencional n de escoamento ou limite n: (figura 19.6).

So

Qnn=

Qn = a carga em que se observa uma deformao de n% do material.

Geraln = 0,2%

Cobre e suas ligasn = 0,5%

Ligas metlicas durasn = 0,1%

19.6 (a) Comportamento tenso-deformao para um metal, mostrando as deformaeselstica e plstica. O limite de proporcionalidade P e o limite de escoamento se conformedeterminado pelo mtodo da pr-deformao de 0,002. (b) Comportamento tenso-

deformao esquemtico, encontrado em alguns aos que apresentam o fenmeno de pico deescoamento descontnuo.


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Limite de Resistncia

So

Qrr=

Qr = Carga mxima atingida durante o ensaio. (ponto M, figura 19.2)

Estrico - Aps ser atingida a carga Qr, o material entra na fase de ruptura,caracterizada pelo fenmeno de estrico que caracterizado pela sensvel diminuio dasesso transversal do corpo de prova, numa certa regio do mesmo. Quanto mais mole omaterial, mais estrita se torna a seo nessa fase. nessa regio que se da a ruptura do corpode prova, finalizando o ensaio.

100*So

SSo = f = Estrico;

So = Seo Inicial da Barra;S = Seo final da barra.

Alongamento Total

100*Lo

LoLA

=

Lo = Distncia inicial marcado no corpo de prova.L = Distncia final aps a ruptura do corpo de prova.

Obs.

O grfico Tenso x Deformao pode ser substitudo pelo grfico Carga xDeformao. SoQ *= (Figura 19.7)

Figura 19.7 (a) Grfico mostrando o alongamento do escoamento e os limites de escoamentosuperior e inferior. (b) Curvas tenso-deformao de alguns ao carbono


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Corpos de Prova

Figura 19.8 Corpos de Prova Para Ensaio de Trao

Tabela 19.1 Dimenses dos Corpos de Prova


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Estudo Detalhado das Propriedades Mecnicas

Mdulo de Elasticidade: Avaliao da Rigidez entre dois materiais (figura 19.9):

Figura 19.9 Comparao da Rigidez (nvel de deformao) entre dois materiais

O mdulo de elasticidade a medida da rigidez do material. Quanto maior o mdulomenor a deformao elstica resultante da aplicao de uma tenso, e mais rgido ser omaterial.

O Ao cerca de 3 vezes mais rgido que o Alumnio. Desta forma a deformao do ao de cerca de 1/3 da deformao do alumnio, para a mesma tenso na zona elstica. (tab. 19.2).

Para projetos onde a deformao deve permanecer baixa, o mdulo de elasticidade umvalor importante, devendo-se escolher um material que tenha esse valor suficientemente alto

para suportar grandes tenses com pequena deformao elstica.

O mdulo de elasticidade determinado pelas foras de ligao entre os tomos de ummetal. (Figura 19.10). Como essas foras so constantes para cada estrutura que apresentametal (clula unitria), o mdulo de elasticidade uma das propriedades mais constantes dosmetais, embora possa ser levemente afetado por adio de elementos de liga, tratamentostrmicos ou trabalho a frio.


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Figura 19.10 - Relao da fora em funo da separao interatmica para tomos ligadostanto fracamente como fortemente. A magnitude do mdulo de elasticidade proporcional inclinao de cada curva na separao de interatmica de equilbrio.

Tab 19.2 Mdulo de Elasticidade p/ Alguns Metais e Ligas a Temperatura Ambiente


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O mdulo de elasticidade inversamente proporcional a temperatura, ou seja,aumentando-se a temperatura decresce o valor de E. (figura 19.11)

Para Ao Carbono E200C= 0,90 E E425C= 0,75 E

E540C= 0,65 E E625C= 0,60 E

Figura 19.11 Grfico mostrando o mdulo de elasticidade em funo da temperatura para otungstnio, ao e alumnio.

A medida de E feita pela tangente da reta caracterstica da zona elstica, traando-se acurva tenso x deformao. (figura 19.12)

Figura 19.12 - Diagrama esquemtico tenso deformao mostrando um comportamentoelstico no linear, e como os mdulos secante e tangencial so determinados


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Caso essa reta seja muito pequena (limite de proporcionalidade baixo), ou mesmoinexistente, pode-se medir E pela tangente da reta que tangente curva no ponto O daorigem ou num ponto B especificado pela curva ou ainda pela tangente da reta que secante curva, que vai do ponto O at o ponto A especificado na curva. (Figura 19.13)

Figura 19.13 Determinao de E para Materiais com Pequena Zona Elstica

Determinao da Resilincia, Ductilidade e Tenacidade

Figuras 19.14 e 19.15

Figura 19.14 - Representao esquemtica mostrando como o mdulo de resilincia (que

corresponde a rea sombreada) determinado a partir do comportamento tenso-deformaoem trao


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Figura 19.15 Representaes esquemticas do comportamento tenso-deformao em traopara materiais frgeis e dcteis

Limite de Escoamento

Nos ensaios de rotina, a determinao do limite de proporcionalidade substitudo pelolimite de escoamento, que se observa nitidamente no ao de baixo carbono recozido, ou pelolimite n, quando no possvel observar-se o escoamento nos outros metais.

Quando um projeto requer um metal dctil, aonde a deformao plstica deva ser evitada,o limite de escoamento o critrio a ser adotado para a resistncia do material.

19.16 (a) Curva Terica mostrando os limites de escoamento superior e Inferior (b) Efeito da

constante de mola K, na curva tenso-deformao

A tenso A chamada de limite de escoamento superior, que a tenso mximaatingida antes da queda repentina da carga (comeo da deformao plstica no escoamento).Aps a estabilizao da carga ou tenso, o material sofre uma deformao relativamentegrande sem aumento de tenso, que o patamar de escoamento. A tenso B o limite deescoamento inferior do material onde ocorre o alongamento durante o escoamento. Algunsautores, porm, consideram o limite de escoamento inferior como C, que pode vir a serinferior a tenso do patamar. (Figura 19.16 a). Esses dois limites no so constantes para umdeterminado metal, mas dependem de diversos fatores como a geometria e condies do

corpo de prova, do mtodo de ensaio, da velocidade de deformao e principalmente dascaractersticas da mquina de ensaio.


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Quando h escoamento ntido, a deformao plstica comea em um ou alguns pontos docorpo de prova e uma deformao aprecivel (alongamento) do corpo de prova deve acontecer

para fazer com que a regio deformada plasticamente se espalhe por toda parte til do corpode prova. Portanto a forma e dimenses do corpo de prova afetam o escoamento, geralmentecorpos de prova redondos tendem a aumentar o limite de escoamento superior em comparao

aos corpos de prova retangulares.Na completa ausncia de concentraes de tenses provocados pela usinagem pode se

obter um limite de escoamento superior comparvel ao limite de resistncia do material.

Com grandes transformaes de tenses pode at desaparecer o limite superior. Entreesses dois extremos, obtm-se vrios valores para o limite de escoamento superior, enquanto olimite inferior muito menos afetado.

A velocidade de deformao (velocidade do ensaio) afeta o escoamento, fazendo com quese observe tenses de escoamento mais altas, quanto maior for a velocidade de deformao.

O patamar de escoamento afetado pela mquina de ensaio. Quando a mquina dura

a tenso do patamar decresce e quando mole a tenso do patamar aumenta. A dureza deuma mquina de ensaio depende da sua rigidez elstica, isto , uma mquina mole no acusa

prontamente o escoamento repentino de um material. Para medidas precisas no estudo doescoamento necessrio uma mquina dura, pois esta reduz a sua deformao durante oensaio.

Na queda do limite superior para o limite inferior de escoamento, a inclinao da curva determinada inteiramente pela caracterstica da mquina de ensaio, chamada constante demola, K. Uma mquina mole tem um valor baixo da constante da mola e uma mquinadura tem um valor alto. Desta forma uma mquina dura sensvel a velocidade dedeformao e a mole sensvel somente a variao de carga. (Figura 19.16 b).

O alongamento durante o escoamento pode chegar at a 10%. Ele depende da ductilidadedo material e da sua granulao. Quanto maior a ductilidade e quanto mais fina for agranulao, maior ser o alongamento do escoamento.

As faixas de deformao que em corpos de prova muito bem polidos podem serobservadas so conhecidas como bandas de Lders cada oscilao de carga corresponde auma nova banda de Lders. O escoamento termina depois que todas as faixas cobrem ocomprimento total do corpo de prova.

O escoamento pode tambm se dar em pequenas regies do metal, sem a propagaodas bandas. Quando cada elemento sofrer a tenso que provoque o seu escoamento, ele escoa,o processo se transmite para o elemento seguinte at alcanar todo o material. Quando esse

processo aconteceu, o escoamento se produz quase que sob tenso constante e os limites deescoamento superior e inferior muito prximos. Esse processo ocorre em aos liga com nquele cromo (Ex. AO SAE 4340).

O limite de escoamento pode ser associado a pequenas quantidades de impurezasintersticiais ou substitucionais existentes no metal. Um metal puro no apresenta escoamento.

Coteil sugere que o escoamento aparece em virtude da interao dos tomos de soluto (ouimpurezas) com as discordncias existentes tendem a bloque-las em seu inicio demovimento. A tenso que leva as discordncias da ancoragem ou que cria novas discordnciaslivres corresponde ao limite de escoamento superior, aps que a tenso cai devido aodesaparecimento do bloqueio oferecido pelas impurezas s discordncias, que podem ento

ser empilhadas num obstculo qualquer, como por exemplo, no contorno do metalpolicristalino.


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Tenses e Deformaes Verdadeiras

O decrscimo na tenso aps o limite de trao ocorre devido a definio de teno deEngenharia que usa a rea original A0para o seu calculo, mas no precisa pois a rea mudacontinuamente. A definio de tenso verdadeira e deformao verdadeira dada por:

(Figura 19.17 e 19.18).

Tenso Verdadeira s = F/A

Deformao verdadeira

=

=

A

A

L

L

l

dl o

o

lnln

A = rea exata na qual a fora aplicada

A expresso de ln(A0/A) deve ser usada depois que a reduo de seo (pescoo) inicial.

Figura 19.17 - Comportamento tpico da curva tenso-deformao at a fratura do material noponto F. O limite de resistncia a trao est indicado no ponto M. O detalhes circularesrepresentam a geometria do corpo de prova deformado em vrios pontos ao longo da curva

Figura 19.18 Relao entre o diagrama tenso verdadeira x deformao verdadeira e odiagrama tenso de engenharia x deformao de engenharia


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Exerccio: Compare a tenso de deformao de Engenharia com a tenso de deformaoverdadeira para o alumnio na (a) Mxima carga e (b) Fratura. O dimetro original da barra 0,505in na mxima carga 0,497in e na fratura 0,398in. (Tabela 19.3)

Tabela 19.3 Resultados de um ensaio de trao de uma barra de alumnio 0,505


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Teste de Dobramento Para Materiais Frgeis

Em materiais dcteis a curva tenso xdeformao atinge um valor mximo. Esta tensomxima a resistncia a trao do material. A falha ocorre em tenses mais baixas depois queo pescoo tenha reduzido a rea da seo transversal da pea.(figura 19.19)

Figura 19.19 Curva tenso-deformao para uma liga de alumnio

Em materiais com ductilidade moderada a falha ocorre na mxima carga aonde aresistncia a trao e o limite de ruptura so iguais. Em materiais frgeis, incluindo muitoscermicos o limite de escoamento a resistncia a trao e o limite de ruptura so iguais.(Figura 19.20)

Figura 19.20 - Comportamento tenso-deformao para materiais frgeis comparados commateriais de maior ductilidade


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Em muitos materiais frgeis o ensaio de trao difcil de ser realizado pois muitas vezesao se colocar a amostra nas garras da prensa suficiente para causar trincas. Esses materiais

podem ser usando um teste de dobramento. (Figura 19.21)

Figura 19.21 (a) Teste de dobramento freqentemente usado para medir a resistncia demateriais frgeis (b) deflexo d obtida pela flexo

Atravs da aplicao da carga em trs pontos gera-se um dobramento e tenes de traoatuam no material no ponto mdio no lado oposto ao da aplicao da carga. A resistncia aflexo ou modulo de ruptura descreve a resistncia do material.

Resistncia a flexo2..2

..3

hW

LF=

F = Carga de fratura;

L = Distncia entre os dois apoios;

W = Largura da amostra;

H = Espessura da amostra;

O modulo de elasticidade na flexo ou modulo de flexo calculado na regio elstica.

(Figura 19.22)

Modulo de Flexo...4

.3

3

hW

LF=

Deflexo da amostra quando a fora aplicada.

Uma vez que trincas e defeitos tendem a permanecerem fechados na compresso, osmateriais frgeis so normalmente projetados para suportar somente tenses compressivas.

Em materiais frgeis normalmente a resistncia a compresso significativamente superior aresistncia a trao.


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Figura 19.22 Curva tenso-deflexo para o MgO obtida de um teste de flexo

Tabela 19.4 - Comparao da resistncia a trao, resistncia a compresso e resistncia aflexo para diversos materiais cermicos e compsitos

Teste de Dureza: Sua Natureza e Uso

O teste de dureza mede a resistncia a penetrao da superfcie de um material por umobjeto duro. (Figura 19.23 e Tabela 19.5).

Tipicamente os polmeros so materiais muito macios, os metais tm dureza intermediriae os materiais cermicos so excepcionalmente duros.

Figura 19.23 - Teste de dureza Brinell e Rockwell


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Tabela 19.5 - Comparao entre testes de dureza tpicos

19.6 Tabela de converso de durezas


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Teste de Impacto

Quando um material sujeito a uma pancada intensa, na qual a taxa de deformao extremamente rpida, o material pode se comportar de maneira muito mais frgil do que seobservada em um teste de trao. Um teste de impacto utilizado para avaliar a tenacidade domaterial sob estas condies. (Figura 19.24).

Os procedimentos de teste entre eles Charpy e Izod (normalmente no metlicos) medema energia absorvida pelo material antes da ruptura (tenacidade ao entalhe).

Figura 19.24 (a) Corpo de prova utilizado em ensaios de impacto Charpy e Izod. (b)Representao esquemtica de um equipamento para ensaio de impacto. O martelo liberadode uma altura fixa h e atinge o corpo de prova. A diferena gasta na fratura refletida pela

diferena entre H e a altura de balao h'. Tambm esto mostrados os posicionamentos doscorpos de prova para os ensaios charpy e Izod.


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Propriedades Obtidas Atravs de um Teste de Impacto

Temperatura de Transio a temperatura na qual na qual o material muda de fraturadctil para frgil. (Figura 19.25).

Figura 19.25 Resultados de uma srie de testes de impacto Izod em um polmerotermoplstico de nylon supertenaz

Nem todos os materiais possuem uma temperatura de transio definida. Metais

cbicos de corpo centrado CCC possuem esta transio enquanto a maioria dos metaiscbicos de face centrada no apresentam a transio.

Figura 19.26 Propriedades de um ao carbono CCC e um ao inoxidvel CFC em um ensaio

charpy. A estrutura CFC tipicamente resulta em maior absoro de energia e no apresentatemperatura de transio.


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Sensibilidade ao Entalhe: Entalhes causados por uma usinagem grosseira, processo defabricao ou projeto, concentram e reduzem a tenacidade do material. A sensibilidade aoentalhe de um material pode ser avaliada atravs da comparao entre a energia absorvida daamostra com entalhe. Se o material for sensvel ao entalhe a energia absorvida pela amostracom entalhe muito menor. (Figuras 19.27 e 19.28)

Relao Entre Tenso e Deformao:A energia requerida para romper um material estrelacionada com a rea contida dentro do diagrama deformao xtenso verdadeira. Metaiscom elevada resistncia mecnica (resistncia a trao) e elevada ductilidade possuem boatenacidade. Cermicos e muitos compsitos, por outro lado, possuem baixa tenacidadeembora possuam elevada resistncia, devido ao fato de praticamente no possurem boaductilidade. (Figura 19.29).

Figura 19.27 (a) A geometria das trincas de superfcie e internas. (b) Diagrama esquemtico

do perfil de tenso ao longo da linha X-X em (a), demonstrando a amplificao de tensesnas extremidades da trinca.

Figura 19.28 Curvas de fatores de concentrao de tenses tericos para trs formasgeomtricas simples.


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Figura 19.29 A rea da curva tenso x deformao est relacionada com a energia deimpacto. Embora o material B possua menor limite de escoamento, ele absorve maior energiado que o material A.

Teste de Fadiga

Um componente freqentemente est sujeito a aplicao repetida abaixo do limite deescoamento do material. Esta tenso cclica pode ocorrer com da rotao, flexo ou vibrao.Mesmo quando a teno est abaixo do limite de escoamento, o material pode falhar depoisde um grande nmero de ciclos. Este modo de falha chamado fadiga.

Falha por fadiga tipicamente ocorre em dois estgios. Primeiro criado uma pequena

trinca na superfcie do componente freqentemente aps um longo tempo do inicio docarregamento. No prximo passo a trinca se propaga gradualmente com os ciclos. Finalmentea fratura brusca ocorre quando a seo transversal remanescente muito pequena parasuportar o carregamento aplicado. (Figuras 19.30 e 19.31).

Figura 19.30 Teste de fadiga rotativo


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Figura 19.31 Curvas tenso x nmeros e ciclos para falha, para um ao ferramenta e umaliga de alumnio.

O ensaio de fadiga pode informar quanto tempo um componente pode trabalhar ou acarga mxima permitida sem que ocorra a falha. O limite de fadiga, a teno abaixo da qualexiste 50% de probabilidade de que a falha por fadiga nunca ocorra.

Vida em fadiga indica quanto tempo um componente ir funcionar em uma tensoparticular. Em alguns materiais, incluindo os aos, o limite de fadiga aproximadamentemetade da resistncia a trao.

A maioria dos materiais so sensveis ao entalhe com a vida em fadiga sensvel adefeitos superficiais. Projeto e fabricao que resulta em concentradores de tenso reduzem avida em fadiga. Algumas vezes a superfcie da pea polida para minimizar a probabilidade

de falha por fadiga.

Efeito da Temperatura Com o aumento da temperatura da pea a vida em fadiga e olimite de fadiga diminuem. Da mesma forma mudanas de temperatura cclicos incentivam afalha por fadiga trmica. Quando o material aquecido de maneira no uniforme, algumas

partes da estrutura expandem mais do que outras. Esta expanso desigual introduz tenses nomaterial e quando mais tarde a estrutura resfriada e se contai, tenses com sinais opostossurgem. Como conseqncia de tenses e deformaes induzidas termicamente fadiga podeeventualmente ocorrer.

Ensaio de Fluncia

Se tenses so aplicadas em um material em elevada temperatura, o material se expande eeventualmente falha, mesmo se a tenso aplicada menor que o limite de fadiga para atemperatura da pea. Deformao plstica em elevadas temperaturas conhecida comofluncia. Ela observada em todos os tipos de materiais. Para os materiais ela se tornaimportante apenas a temperaturas superiores a ~ 0,4Tr.

Empilhamento de Discordncias- Elevadas temperaturas permitem o empilhamento dediscordncia em um metal. tomos se movem da linha ou para a linha de discordncia pordifuso resultando no movimento de discordncia numa direo perpendicular ao plano dedeslizamento. A discordncia escapa de uma imperfeio de rede, continua a deslizar e causa

um deformao adicional da amostra mesmo com baixas tenses aplicadas. (figura 19.32).


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Figura 19.32 Discordncias podem superar os obstculo (a) quando tomos deixam a linhade discordncia para criarem interstcios ou preencher vazios (b) quando tomos estoanexados a linha de discordncias criando vazios ou eliminado interstcios

Taxa de Fluncia e Tempo de Ruptura No primeiro estgio da fluncia de metais,muitas discordncias se afastam dos obstculos, deslizam e contribuem para a deformao.Eventualmente, a taxa na qual as discordncias se separam dos obstculos iguala a taxa naqual as discordncias so bloqueadas por outras imperfeies. Este fato conduz ao segundoestgio da fluncia ou estado estvel (steady state).

Figura 19.33 Curva tpica de fluncia mostrando a deformao produzida como uma funodo tempo para tenso e temperatura constantes.

Taxa de flunciatempo

deformao

.

.


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Eventualmente, durante o terceiro estgio de fluncia, a reduo da seo inicial(empescoamento), a tenso aumenta e a pea se deforma a uma taxa acelerada at que a falhaocorra. O tempo necessrio para que a falha ocorra chamado de tempo de ruptura. Elevadastenses ou elevadas temperaturas reduzem o tempo de ruptura e aumentam a taxa de fluncia.

Uso dos dados do Ensaio de Fluncia -As curvas tensoxruptura permitem estimar otempo de vida de um componente para uma combinao particular de tenso e deformao.

Figura 19.34 Efeito da temperatura ou tenso aplicada, na curva de fluncia.

Figura 19.35 Resultados de uma srie de testes de fluncia: (a) Cur vas tenso x ruptura parauma liga ferro-cromo-nquel e (b) parmetro de Larson-Miller para FoFodctil.


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20 MOVIMENTO ATMICO NOS MATERIAIS - DIFUSO

Figura 20.1 Fotografia de uma engrenagem de ao que foi endurecida superficialmente. Acamada mais externa da superfcie foi endurecida seletivamente atravs de um tratamentotrmico realizado em alta temperatura, durante o qual o carbono da atmosfera circundantedifundiu-se para o interior da superfcie. Esta regio aparece como uma borda mais escura.

Introduo

tomos se movem de forma previsvel para eliminar diferenas de concentrao eproduzir uma composio uniforme e homognea. Difuso ocorre nos tratamentos trmicosdos metais, fabricao dos cermicos, solidificao dos materiais, entre outros. (Figura 20.1)

O processo de difuso envolve a transferncia de massa seja no interior de um slidoespecfico, ou seja, a partir de um liquido, de um gs ou de uma outra fase slida. Portanto adifuso um fenmeno de transporte de material atravs do movimento de tomos. (Fig 20.2).

As imperfeies que existem em reticulado cristalino de um material e mesmos os tomosem suas posies normais no so estveis ou descansando. Um tomo pode se mover deum ponto normal do reticulado para ocupar um vazio prximo. Um tomo pode se mover deum stio intersticial para outro e tomos podem pular atravs de um contorno de gro,resultando no movimento do contorno.

20.1 Mecanismos de DifusoMesmos em materiais slidos e puros os tomos se movem de uma posio para outra no

reticulado em processo conhecido como difuso prpria. O processo na qual os tomos de ummetal se difundem no interior de um outro metal chamado de interdifuso ou difuso deimpurezas. Existe uma tendncia ou transporte lquido dos tomos da regio de altaconcentrao para regio de baixa concentrao. A difuso tambm ocorre nos metais puros,

porm neste casso todos os tomos que esto mudando de posio so do mesmo tipo. Estefenmeno conhecido por autodifuso. Obviamente no est sujeita a observao de mudanana composio.


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De uma perspectiva atmica, a difuso a migrao em etapas dos tomos de um stiopara outro stio do reticulado. Para um tomo fazer este tipo de movimento, duas condiesdevem ser atendidas:

(1) Deve existir um stio adjacente vazio

(2) O tomo deve possuir energia suficiente para quebrar as ligaesatmicas que os unem a seus tomos vizinhos e ento causar alguma distoro na redecristalina durante o deslocamento.

Difuso por Lacuna -Envolve o deslocamento de um tomo de uma posio normal darede cristalina para um stio vago do reticulado. Obviamente esse processo exige a presenade lacunas e a extenso na qual a difuso ocorre, uma funo do nmero de defeitos queesto presentes. O numero de lacunas, que aumenta com o aumento da temperatura temgrande influencia na difuso de vacncias (figura 20.3a).

Difuso Intersticial -Envolve tomos que migram de uma posio intersticial para outravizinha que esteja vazia. Esse mecanismo encontrado para interdifuso de impurezas taiscomo hidrognio, carbono, nitrognio e oxignio, que possuem tomos pequenos o suficiente

para se encaixarem no interior das posies intersticiais (figura 20.3b). Tanto a autodifusocomo a interdifuso ocorrem por este mecanismo. Na interdifuso os tomos de impurezadevem substituir os tomos hospedeiros.

Os tomos hospedeiros e os tomos de impurezas substitucionais normalmente no sedifundem atravs deste mecanismo.

Figura 20.2 Difuso de tomos de cobre no nquel. Eventualmente os tomos de cobre estodistribudos aleatoriamente atravs do nquel


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Figura 20.3 Mecanismos de difuso nos materiais: (a) Difuso de vazios (vacncias) oudifuso de tomos substitucionais (b) difuso intersticial.

Energia de Ativao para Difuso

Um tomo em difuso deve comprimir seus tomos vizinhos at alcanar seu novo stio.Para que isto ocorra, energia deve ser fornecida para forar o tomo at sua nova posio.

(Figura 20.4)

O tomo est originalmente em uma posio relativamente estvel de baixa energia.Para o tomo se mover ate nova localizao, ele deve superar uma barreira de energia Aesta barreira de energia a energia de ativao. Aquecimento fornece ao tomo a energianecessria para exceder esta barreira. Normalmente menos energia requerida para mover umtomo intersticial atravs dos tomos vizinhos. Conseqentemente, a energia de ativao mais baixa para difuso intersticial do que para difuso de vacncias.(Tabela 20.1)

Figura 20.4 Uma energia elevada requerida para separar os tomos durante a difuso. Estaenergia a energia de ativao Q. geralmente mais energia necessria para um tomo

substitucional do que para um tomo intersticial.


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Tabela 20.1 Dados de difuso para materiais selecionados

Taxa de Difuso (1 lei de Fick)

J= -DAx

Ac

Onde: J = Fluxo (tomos/cm2.s)

D= Difusividade ou coeficiente de difuso,

Ax

Ac= Gradiente de concentrao (tomos/cm2.s) (Figura 20.5)

Gradiente de concentrao:O gradiente de concentrao mostra como a composio

do material com a distancia:?

c a diferena na concentrao sobre a distancia?

x.(Fig. 20.6)


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Figura 20.5 Fluxo durante a difuso definido como um nmero de tomospassando atravs de um plano de rea unitria por unidade de tempo.

Figura 20.6 Ilustrao do gradiente de concentrao

Temperatura e Coeficiente de Difuso: o coeficiente de difuso D est relacionado com

a temperatura pela equao de Arrenius: (Figura 20.7)

D=Coexp

RT

Q

D = Coeficiente de difuso

Co=constante

R =constante dos gases (1,987 cal/mol.K)

Q =energia de ativao requerida para o movimento da imperfeio (cal/mol)


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Figura 20.7 Coeficiente de difuso D como uma funo da temperatura para vrios metais ecermicos. No grfico de arrenius, D representa a taxa de difuso.

Fatores que afetam a difuso e a energia de ativao

O coeficiente de difuso D um indicativo da taxa segundo a qual os tomos se

difundem. Na maioria das ligas metlicas, a difuso intersticial ocorre muito maisrapidamente do que a difuso por lacunas, uma vez que os tomos intersticiais so menores edessa forma so tambm mais mveis. Alm disso, existem mais posies intersticiais vaziasdo que lacunas. Portanto, a possibilidade de um movimento atmico intersticial maior doque a difuso por lacunas.

A energia de ativao pode ser considerada como aquela necessria para produzir omovimento difusivo de um mol de tomos. Uma energia de ativao elevada resulta em umcoeficiente de difuso relativamente pequeno.Uma pequena energia de ativao Q aumenta ocoeficiente de difuso e fluxo, devido ao fato de menor energia trmica ser requerida paratranspor a barreira de menor energia.

As Energias de ativao so normalmente menores para tomos se difundindo atravs deuma estrutura cristalina aberta do que para estruturas fortemente empacotadas. Uma vez que aenergia de ativao depende da resistncia da ligao atmica ela mais alta para a difuso demateriais com elevada temperatura de fuso. (Figura 20.8)

Materiais com ligao covalente, com carbono e silcio, possuem energia de ativaoextremamente elevadas, corrente com alta resistncia em suas ligaes atmicas. (Tab. 20.1)

Difuso atravs de polmeros cristalinos mais lenta do que em polmeros amorfos, queno possuem ordem de longo alcance, conseqentemente possuem densidades mais baixas.

Na difuso de volume, os tomos se movem atravs de um reticulado ou stio intersticial

para outro. Devido aos tomos vizinhos, a energia de ativao grande e a taxa e difuso elenta, contudo, os tomos podem se difundir pelos contornos, interface e superfcie dos


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materiais. tomos se difundem facilmente nos contornos de gro por que o empacotamentoatmico pobre nesta regio. Difuso de superfcie ainda mais fcil por que existem menosrestries na difuso de tomos na superfcie.

Difuso necessita de tempo. Se um grande nmero de tomos deve se difundir, longostempos podem ser requeridos mesmo em elevadas temperaturas. Tempo de tratamento

trmico podem ser reduzidos usando-se temperaturas mais altas.

Algumas estruturas e propriedades caractersticas so obtidas se a difuso for evitada.Aos resfriados a partir de elevadas temperaturas formam estruturas metlicas estveis queso a base dos tratamentos trmicos. As espcies difusivas, assim como o material hospedeiroinfluenciam o coeficiente de difuso. (tabela 20.2)

Figura 20.8 A energia de ativao aumenta para a auto-difuso com o aumento do ponto defuso do metal

Tabela 5.2 Tabulao de dados de difuso


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A temperatura apresenta uma influncia significativa sobre os coeficientes e taxas dedifuso. A relao dos coeficientes de difuso em relao temperatura se d de acordo com aexpresso:

)

RT

Qdexp(DD 0

=

D0 = constante independente da temperatura

Qd= A energia de ativao para difuso

(J/mol, cal/mol, ev/mol).

R = Constante dos gases 8,31J/mol.k

1,987cal/mol.k

8,62*10-5ev/tomo

20.2 Perfil de Composio Segunda lei de Fick

CoCs

CxCs

=erf.

tD

X

.2

Cs Concentrao de tomos na superfcie do material;

Co Concentrao inicial de tomos no material;

Cx Concentrao de tomos na distanciaxabaixo da

erftD

X

.2 Funo erro para a segunda lei de Fick (Figura 20.9)

Figura 20.9 Funo erro para a segunda lei de fick


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Exemplo Projeto de Um Tratamento de Cementao:Deseja-se aumentar a resistncia de umao com 1% C atravs do tratamento trmico de cementao. Neste processo o ao colocadoem uma atmosfera que proporciona uma concentrao de 1,2% C na superfcie do ao emuma elevada temperatura. Desta forma o carbono se difunde da superfcie para o ncleo. Prase obter propriedades atmicas, o ao deve conter 0,45% C a uma profundidade de 0,2cm

abaixo da superfcie. Projete um tratamento trmico de cementao que produza essascondies assumindo que a temperatura de tratamento seja elevada o suficiente (900 C) demodo que o ferro tenha uma estrutura CFC.

Difuso e Processamento de Materiais

Difuso muito importante quando os materiais so usados ou processados em elevadastemperaturas.

Crescimento do gro: contorno do gro representa uma regio de alta energia devido aineficincia de empacotamento dos tomos. Uma reduo de energia obtida se a rea decontorno reduzida pelo crescimento do gro.

Crescimento de gro envolve os movimentos de contornos permitindo que alguns groscresam com a reduo de outros.

Difuso de tomos atravs do contorno de gro necessrio. Elevadas temperaturas oubaixas energias de ativao aumentam o tamanho do gro. Muitos tratamentos trmicos de

materiais, que exigem que o material seja mantido em elevadas temperaturas, devem sercuidadosamente controlados para evitar um excessivo crescimento de gro.


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Figura 20.10 Crescimento de gro ocorre com a difuso de tomos atravs dos contornos degros de um gros para outro

Unio por difuso (Figura 20.11)

Figura 20.11 Passos na soldagem por difuso: (a) Inicialmente a rea de contato pequena.(b) aplicao da presso deforma a superfcie e aumenta a rea de unio. (c) Difuso atravsdo contorno de gro permite vazios to shrink e (d) Eliminao final dos vazios requer difusode volume

Sinterizao (Figura 20.12)

Figura 20.12 Difuso ocorre durante sinterizao e metalurgia do p. tomos difundem paraos pontos de contato, criando pontes e reduzindo o tamanho dos poros


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21 POLMEROS

Incluem plsticos, borrachas e adesivos, possuindo molculas orgnicas gigantes.

Figura 21.1 Trs forma de representar a estrutura do polietileno: (a) um modelo slido tri-dimensional, (b) modelo espacial tri-dimensional e (c) modelo bi-dimensional simples.

Propriedades: Leves, resistentes a corroso, baixa resistncia e baixa rigidez, noadequada para uso em elevada temperatura, transparentes, isolantes eltricos (podem sercondutores ser condutores) (teflon - baixa coeficiente de frico)

Classificao(tabela 21.1, figura 21.2)

Tabela 21.1 Comparao de trs categorias de polmeros


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Figura 21.2 Representaes esquemticas das estruturas moleculares (a) lineares, (b)

ramificadas, (c) com ligaes cruzadas e (d) em rede (tridimensionais). Os crculosrepresentam as unidades mero individuais.

21.1 Polimerizao:

Processo na qual pequenas molculas so unidas para criar molculas gigantes.

Mecanismos de Polimerizao por Adio: Ligaes insaturadas (duplas) so

quebradas (calor, presso e catalisadores) e substitudas por uma ligao covalente simples.(Figura 21.3 e 21.4).

Figura 21.3 Reao de adio para produo de polietileno a partir de molculas de etileno.

A ligao dupla no monmero quebrada para produzir stios ativos que atraem as unidadesrepetidas.


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Figura 21.4 A taxa de crescimento da macromolcula e da taxa de polimerizaoinicialmente lenta e ento continua a uma velocidade elevada. Quando a polimerizao estquase completa a taxa lenta de novo.

Principal elemento de um polmero: carbono (Figura 21.5).

Figura 21.5 Estrutura tetradrica do carbono pode ser combinada em uma variedade deformas para produzir um cristal slido, molculas no polimerizveis, e polmeros: (a)

carbono tetradrico; (b) metano, sem ligaes insaturadas; (c) etano, sem ligaes insaturadas;(d) etileno, com uma ligao insaturada; e (d) polietileno.


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Mecanismo de Polimerizao por Condensao Pelo menos dois monmeros diferentesparticipam da reao.

Existncia de subproduto (figura 21.6)

Figura 21.6 A reao de condensao para o Polietileno Terefitalato (PET), um polistescomum. O grupo OCH3e tomos de hidrognio so removidos do monmero, permitindo aosdois monmero se juntarem, produzindo lcool metlioco com subproduto.

Grau de Polimerizao

= Peso Molecular do polmero .Peso Molecular da unidade que se repete(soma dos monmerossubproduto)

21.2 Termoplsticos

Nos termoplsticos o tomo da macromolcula est unido por ligaes covalentes slongas cadeias esto unidas por ligaes secundrias fracas. (Van der Waals). (Figuras 21.7 .21.8, 21.9 e tabela 21.2) 15-10, 15-11, 15.12 e tabela 15-2)


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Figura 21.7 As macromolculas so mantidas unidas por ligaes de Van der Waals

Figura 21.8 Efeito da temperatura na estrutura e comportamento de polmerostermoplsticos.

Figura 21.9 Efeito da temperatura no mdulo de elasticidade para um polmerotermoplstico amorfo.


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Tabela 21.2 Ponto de fuso e temperatura de transio vtrea para polmeros e elastmeros

Fluncia: (Figura 21.11)

Curva tenso X Deformao (figura 21.12)

Figura 21.11 Comparao entre fluncia e relaxao de tenses. Na fluncia (a), uma cargaconstante resulta em uma deformao contnua em ralao ao tempo. Contudo, para relaxao

de tenses (b), o polmero deformado uma quantidade fixa e a tenso deve ser reduzida paramanter a deformao constante.


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Figura 21.12 Curva tenso x deformao em trao esquemtica para um polmerosemicristalino. Os contornos do corpo de prova durante vrios estgio de processo de

deformao esto includos na figura.

21.3 Copolmeros

So polmeros formados por cadeias compostas de dois ou mais tipos de molculas.(figura 21.13)

Figura 21.13 Co-polimerizao produz o polmero ABS, que formado por dois co-

polmeros, SAN e BS. Quatro tipos de co-polmeros: (a) Monmero alternado, (b) Monmeroaleatrio, (c) Co-polmeros em blocos (d) polmeros grafted


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Elastmeros

Apresentam uma grande quantidade de deformao elstica quando uma fora aplicada.Pequena quantidade de ligaes cruzadas(vulcanizao). (figura 21.14).

Ex.: pneu de automvel, isolantes para fios eltricos, O-rings.

Figura 21.14 Ligaes cruzadas podem ocorrer pela introduo de tomos de enxofre. Stiospara a unio do enxofre ocorrem pelo rearranjo ou perda de atmos de hidrognio e e quebrade ligaes insaturadas.

Elastmeros Termoplsticos: (figura 21.15)

Figura 21.15 A estrutura do co-polmero SB em um elastmero termoplstico. A naturezado estireno resulta em comportamento elstico sem ligaes cruzadas do butadieno.


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Polmeros TermorgidosPossuem uma grande quantidade de ligaes cruzadas que formam uma estrutura

tridimencional interligada. Como as cadeias no podem girar ou deslizar esses polmerospossuem boa resistncia, rigidez e mdulo de elasticidade. Contudo possuem baixaductilidade e resistncia ao impacto e elevada temperatura de transio vtrea.

21.16 Estrutura de um fenlico. Em (a) Dois anis fenlicos so unidos por uma reao decondensao. Eventualmente, uma cadeia linear formada. Em (b) excesso de Formoldedoserve como agente de ligaes cruzadas, produzindo um polmero termorgido.

Ligaes cruzadas no so reversveis uma vez produzida o termorrgido no pode serreciclado por processos convencionais.

Conformao dos Polmeros: (Figuras 21.17, 21.18, 21.19)

Figura 21.17 Processo de conformao tpico (a) molde de compresso e (b) molde detransferncia


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Figura 21.18 Tcnica para produo de filmes polimricos. O filme extrudado na forma desacolas que separada por ar sob presso at o resfriamento do polmero.

Figura 21.19 Processo de conformao tpico para polmero termoplstico: (a) estruso, (b)sopro, (c) injeo, (d) thermoforming, (e) calendaring, e (f) spinning


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Figura 21.20 - Equipamento de 500 toneladas para injeo de plstico incluindo a seotransversal do fuso.

Figura 21.20 Seqncia de operao em um fuso de injeo para materiais plsticos. (a)parafuso alimentado por plstico granulado atravs do giro do parafuso. (b) Plstico fundido com o movimento no canho. Quando suficiente material fundido no final do

parafuso, o mesmo para de girar. (c) O parafuso avana e injeta plstico fundido atravs deum orifcio at a cavidade do molde. (d) O parafuso retrado e a pea injetada ejetada.


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Figura 21.21 Representao esquemtica de uma estrusora, mostrando suas vrias zonas

Figura 21.22 Seqncia de processo na fabricao de uma garrafa por sopro


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21.4 Propriedades Fsicas e Mecnicas dos Polmeros

As propriedades fsicas e Mecnicas dos polmeros podem ser comparadas com a dosprincipais metais (tabelas 21.3 3 21.4).

Tabela 21.3 Caractersticas mecnicas temperatura ambiente de alguns polmeros

Tabela 21.4 Propriedades mecnicas tpicas de vrios metais e ligas no estado recozido

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