QUESTÕES-DISCORDÂNCIAS 1) Qual a relação entre tensões e temperaturas nos movimentos de discordâncias do tipo “Climb” (escalada) e “glide” (deslizamento simples) qual fator é mais predominante
em cada caso? R- GLIDE (DESLIZAMENTO SIMPLES): No caso de uma discordância em aresta, o movimento ocorre a baixas temperaturas e envolve quebra e formação de ligações localizadas. A discordância se move no plano que contém a linha de discordância e o vetor de Burger, o movimento é dito conservativo e há presença de tensões consideráveis. Neste caso, a tensão é o fator predominante. CLIMB (ESCALADA): No caso de uma discordância em cunha não existe a possibilidade da discordância mudar de plano de deslizamento conservativamente, mas pode movimentar-se perpendicularmente ao seu vetor de Burgers. Para que isto ocorra é necessária a interação da discordância com defeitos puntiformes. Como este tipo de movimento envolve movimentação de lacunas e de átomos, diz-se que ele é não conservativo. A ocorrência de escalada é fortemente dependente da temperatura, na medida em que a concentração de defeitos puntiformes e a mobilidade mo bilidade atômica aumentam exponencialmente com o aumento da temperatura. Envolve difusão. Neste caso, a temperatura é o fator predominante. 2) Explique porque o conceito de discordância pode justificar a discrepância entre as tensões calculadas e medida em cristais metálicos, como também a relação entre movimento de discordâncias e resistência mecânica. R- O modelo de deformação plástica considerado por Frenkel não reflete o comportamento dos cristais reais, que contêm co ntêm defeitos. Discordâncias são defeitos lineares. A deformação plástica ocorre pelo movimento de discordâncias “varrendo” os planos de escorregamento.
Pode-se imaginar que durante a deformação plástica as discordâncias vão se interceptando e adquirindo degraus, o que torna a sua mobilidade cada vez mais dificultada, o que explica o aumento da resistência de um material metálico à medida que ele vai sendo deformado (encruamento). O movimento das discordâncias envolve o rearranjo de apenas alguns átomos ao seu redor e não mais o movimento simultâneo e cooperativo de todos os átomos de um plano cristalino, conforme supõe o modelo mo delo de Frenkel. É evidente que a deformação plástica causada pela movimentação de uma discordância di scordância exige uma tensão muito menor que a necessária para movimentar um plano de átomos como um todo. 3) Qual a relação entre discordâncias, deformação plástica e resistência mecânica dos materiais metálicos? R- Discordâncias são defeitos lineares no interior da rede cristalina. A deformação plástica depende diretamente do movimento das discordâncias. Quanto maior a facilidade de movimentação, menos resistente é o material. Durante a deformação plástica as discordâncias vão se interceptando e adquirindo degraus, o que torna a sua mobilidade cada vez mais dificultada, o que explica o aumento da resistência de um material metálico à medida que ele vai sendo deformado (encruamento). 4) Qual a origem dos degraus e como sua presença afeta o movimento das discordâncias?
R- Imagine uma discordância movimentando-se em um plano de deslizamento de um cristal e que o plano de deslizamento em questão seja interceptado ou “furado” por discordâncias
perpendiculares a este plano. Pode-se imaginar que durante a deformação plástica as discordâncias vão adquirindo degraus e a sua mobilidade vai se tornando cada vez mais dificultada. As discordâncias em cunha pura não têm o seu movimento afetado pela presença de degraus nas suas linhas, pois a orientação do degrau é a mesma da discordância interceptada. Porém, todos os tipos de degraus formados em uma discordância em hélice apresentam orientações em cunha, que só pode movimentar-se livremente em um plano que contem sua linha e o vetor de Burgers, a única maneira do degrau se movimentar por deslizamento (movimento conservativo) é ao longo do eixo da discordância em hélice. A única maneira possível da discordância em hélice deslizar para uma nova posição levando junto o seu degrau é através de um movimento não-conservativo deste degrau, tal como a escalagem; como a escalagem é um processo termicamente ativado, o movimento de discordâncias em hélice que apresentam degraus na linha é dependente da temperatura; portanto, nas temperaturas em que a escalagem não ocorrer, o movimento das discordâncias em hélice será travado pelos degraus. Quando a mobilidade de discordâncias em hélice contendo degraus é restringida ocorre o encruamento. 5) Explique os tipos de movimentos conservativos para discordâncias em aresta e espiral. R- GLIDE (DESLIZAMENTO SIMPLES): No caso de uma discordância em aresta, o movimento ocorre a baixas temperaturas e envolve quebra e formação de ligações localizadas. A discordância se move no plano que contém a linha de discordância e o vetor de Burger, o movimento é dito conservativo e há presença de tensões consideráveis. CROSS-SLIP (ESCORREGAMENTO COM DESVIO): No caso de uma discordância em espiral, inúmeros planos atômicos podem conter a linha de discordância e o vetor de Burgers. O fenômeno do cross-slip é restrito às discordâncias em espiral, pois sendo paralelos, a linha da discordância e o seu vetor de Burgers não definem um plano específico de deslizamento como na discordância em cunha; portanto, quando uma discordância em hélice, movendo-se em um plano de deslizamento, encontra um obstáculo que a bloqueia, pode mudar para outro plano de deslizamento, apropriadamente orientado, e continuar o seu movimento. Altas tensões e ocorre em qualquer temperatura. 6) O que é escorregamento com desvio ( “cross-slip”) de discordâncias? R- Questão anterior. 7) Justifique a necessidade da ocorrência de multiplicação de discordâncias durante a deformação plástica de um metal. R- A densidade de discordâncias dos cristais deformados plasticamente é várias ordens de grandeza maior que a densidade inicial no cristal recozido. Estes cálculos e considerações mostram a necessidade da ocorrência de multiplicação de discordâncias durante a deformação plástica, caso contrário não conseguimos, por exemplo, justificar a alta plasticidade dos metais. 8) Apresente um mecanismo que justifique a formação de lacunas durante a deformação plástica.
R- O movimento de discordâncias em hélice contendo degraus é um dos mecanismos responsáveis pela geração de lacunas (e de intersticiais) durante a deformação plástica.
9) Como você explica que um lingote de aço com dimensões de metros seja transformado por deformação plástica em chapas com espessura de milímetros sem perder sua estrutura cristalina? R( V ) Considerando discordâncias em aresta, a temperatura exerce maior influência no movimento não conservativo do que no conservativo. R- As discordâncias em aresta podem se movimentar por deslizamento simples (glide) que ocorre a baixas temperaturas, ou por escalada (climb) que é fortemente dependente da temperatura, na medida em que a concentração de defeitos puntiformes e a mobilidade atômica aumentam exponencialmente com o aumento da temperatura. Como o glide é dito movimento conservativo, pois não há mudança no plano de deslocamento, e o climb não conservativo, e neste a influência da temperatura é maior, então a alternativa é verdadeira. (V) Degrau com orientação em aresta (cunha) restringe o movimento da discordância espiral (hélice), porém degrau com orientação em espiral não restringe o movimento da discordância aresta. R- As discordâncias em cunha pura não têm o seu movimento afetado pela presença de degraus nas suas linhas, pois a orientação do degrau é a mesma da discordância interceptada. Porém, todos os tipos de degraus formados em uma discordância em hélice apresentam orientações em cunha, que só pode movimentar-se livremente em um plano que contem sua linha e o vetor de Burgers. A única maneira possível da discordância em hélice deslizar para uma nova posição levando junto o seu degrau é através de um movimento não-conservativo deste degrau, como a escalagem que é fortemente dependente da temperatura. Nas temperaturas em que a escalagem não ocorrer, o movimento das discordâncias em hélice será travado pelos degraus. (V) A dificuldade de escorregamento proporcionada pela interseção entre discordâncias em hélice, diminui com o aumento da temperatura. R- Todos os tipos de degraus formados em uma discordância em hélice apresentam orientações em cunha. A única maneira possível da discordância em hélice deslizar para uma nova posição levando junto o seu degrau é através da escalagem, movimento não conservativo termicamente ativado, nas temperaturas em que a escalagem não ocorrer, o movimento das discordâncias em hélice será travado pelos degraus. Portanto, com o aumento da temperatura há um aumento na velocidade de deslocamento das discordâncias, favorecendo o aniquilamento mútuo das mesmas e formação de discordâncias únicas. (V) Ductilidade e resistência mecânica estão relacionadas com o movimento de discordâncias. R- A deformação plástica depende diretamente do movimento das discordâncias. Quanto maior a facilidade de movimentação, menos resistente é o material. Durante a deformação plástica as discordâncias vão se interceptando e adquirindo degraus, o que torna a sua mobilidade cada vez mais dificultada, o que explica o aumento da resistência de um material metálico à medida que ele vai sendo deformado (encruamento). O encruamento aumenta a
dureza e fragiliza o material, o que faz com que ele perca a sua capacidade de se deformar antes da ruptura, portanto causa a perca de sua ductilidade. (V) A presença de degraus em discordâncias em aresta, não afeta o movimento dessa discordância. R- As discordâncias em cunha pura não têm o seu movimento afetado pela presença de degraus nas suas linhas, pois como a orientação do “degrau” é a mesma da discordância interceptada, o movimento não é descontinuado. (V) A densidade de discordâncias de um cristal deformado plasticamente é várias ordens de grandeza maior que a inicial. R- A densidade de discordâncias dos cristais deformados plasticamente é várias ordens de grandeza maior que a densidade inicial no cristal recozido. Estes cálculos e considerações mostram a necessidade da ocorrência de multiplicação de discordâncias durante a deformação plástica, caso contrário não conseguimos, por exemplo, justificar a alta plasticidade dos metais.