7.1

Smith – cap.4

SOLIDIFICAÇÃO E DEFEITOS CRISTALINOS

7.2

SOLIDIFICAÇÃO

1. Nucleação (formação de núcleos estáveis)2. Crescimento (originando cristais e estrutura de grão)

Nucleação: - homogénea- heterogénea

7.3

NUCLEAÇÃO

1. Nucleação Homogénea

• Núcleos provenientes do próprio metal• Em geral exige sobrearrefecimento importante.

• Inferior ao tamanho crítico: embrião (instável)• Acima do tamanho crítico: núcleo (estável)

• Energias envolvidas:• Energia livre de volume• Energia livre de superfície

7.4

NUCLEAÇÃO HOMOGÉNEA

γπ∆π∆ 2v

3T r4Gr

34G +=

v

*G2r∆γ

−=

7.5

NUCLEAÇÃO HOMOGÉNEA - T

THT2rs

m*

∆∆γ

−=

∆T: grau de sobrearrefecimento

7.6

NUCLEAÇÃO HETEROGÉNEA

Agente nucleante: impurezas sólidas, paredes

Menor energia de superfície > menor energia livre total.Menor tamanho crítico.Menor grau de sobrearrefecimento.

7.7

SOLIDIFICAÇÃO

Material policristalino.Cristais no metal solidificado: GrãosLimites (fronteiras) de grão.Grão fino: melhores propriedades mecânicas.

Grãos: equiaxiais ou colunares

7.8

LIGAS

1. METAIS PUROS (ex: Cu 99,99%, electrónica)

2. LIGAS: Mistura de dois ou mais metais ou metal+ não-metal. Propriedades melhoradas e controláveis

FORMAÇÃO DE LIGAS: Soluções sólidasSoluções sólidas:

SubstitucionaisIntersticiais

7.9

SOLUÇÕES SÓLIDAS METÁLICAS

1. SUBSTITUCIONAIS Cu Ni (CFC)Sem limite de solubilidade

O limite de solubilidd é atómico.

Cu Zn (CFC)Acima do limite (~35%), forma-se outra fase.

CFC – plano (100)

7.10

Ligas

Soluções sólidas substitucionais:Diâmetros atómicos próximos

(< 15% de diferença)Mesma estrutura cristalinaElectronegatividades próximas Valência idêntica

7.11

SOLUÇÕES SÓLIDAS METÁLICAS

2,08%

0,025%

(H, C, N, O)

Plano (100)

2. INTERSTICIAIS

Fe: 0,129 nmC: 0,075 nm

γ - CFC: 0,053 nmα- CCC: 0,036 nm

7.12

DEFEITOS CRISTALINOS

1. DEFEITOS PONTUAIS

Defeito de SchottkyLacuna Bi-Lacuna

Intersticial Defeito de Frenkel(lacuna-intersticial)

metais Cristais iónicos

7.13

DEFEITOS CRISTALINOS

1. DEFEITOS LINEARES (DESLOCAÇÕES)Originam distorção da rede em torno de uma linhaNa solidificação ou por deformação plástica.

A. Cunha

Vector escorregamento (de Burgers)

Perpendicular à linha de deslocação cunha

7.14

DESLOCAÇÃO EM CUNHA

7.15

DEFEITOS CRISTALINOS

B. Parafuso

Circuito de Burgers

Vector de Burgers: paralelo linha de deslocação

Tensões de corte

7.16

DEFEITOS CRISTALINOS

C. Mistas (cunha + parafuso)

7.17

SUPERFÍCIES

Átomos na superfície com estado energético mais elevado.

7.18

LIMITES DE GRÃO

Observação de microestrutura: microscopia electrónica de varrimento(SEM: scanning electron microscopy).

7.19

Difusão em sólidos

Difusão: transporte de matéria.Força motriz: gradiente de concentração

Mecanismo: - substitucional ou por lacunas- intersticial

- Acelerado pela temperatura.