Engenharia Dos Materiais - 6 Aula

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MATERIAIS / MATERIAIS I Pedro Almeida DEM 2005 MATERIAIS / MATERIAIS I 1 Solidificação Cristais Líquido Limites de grão º Congelação Pedro Almeida DEM 2005 MATERIAIS / MATERIAIS I 3 Solidificação º da água Grão MATERIAIS / MATERIAIS I º 2 Solidificação º Etapas: º Formaç Formação, no lí líquido, de nú núcleos está estáveis º Crescimento dos nú núcleos, originando cristais º Formaç Formação de uma estrutura de grão Núcleo Pedro Almeida DEM 2005 Nucleaç Nucleação Homogé Homogénea Quando um metal puro é arrefecido abaixo da sua temperatura de solidificaç solidificação, formamformam-se núcleos (o metal fornece átomos para formar nú núcleos). Exige um grau de sobrearrefecimento considerá considerável (pode ser centenas de graus Celcius). Para que o nú núcleo cresç cresça para formar um cristal tem que ter um tamanho crí crítico Nucleaç Nucleação Heterogé Heterogénea È a que ocorre, no lí líquido sobre as paredes do recipiente, impurezas insolú insolúveis ou outro material que baixe a energia livre crí crítica necessá necessária para formar um nú núcleo está estável. Para que a nucleaç nucleação heterogé heterogénea tenha lugar, o agente nucleante sólido terá terá que ser molhado pelo metal lí líquido, e o lí líquido deve solidificar facilmente sobre o agente nucleante. nucleante. Pedro Almeida DEM 2005 Solidificação 4 MATERIAIS / MATERIAIS I Pedro Almeida DEM 2005 MATERIAIS / MATERIAIS I 5 Pedro Almeida DEM 2005 Solidificação º º r* γ º ∆Hs º 2γTm ∆H S ∆T Temp. Calor de Temp. de solidificação solidificaç solidificação Metal solidificaç (K) Raio crí crítico º º Solidificação Determinação do raio crítico r* = − ∆T Pb Sobrearrefecimento máximo observado (J/cm3) (J/cm2) ∆T (K) -280 33,3x10-7 353 403 Energia livre de superfí superfície Al 933 -1066 Calor lactente de solidificaç solidificação (Energia necessá á ria para a solidificaç necess solidificação) Ag 1235 -1097 126x10-7 500 Cu 1356 -1826 177x10-7 509 592 Ni 1726 -2660 255x10-7 Fe 1808 -2098 204x10-7 568 Pt 2045 -2160 240x10-7 605 Temperatura de fusão/solidificaç fusão/solidificação MATERIAIS / MATERIAIS I Pedro Almeida DEM 2005 MATERIAIS / MATERIAIS I 7 Pedro Almeida DEM 2005 Solidificação º 600 Energia de Superfí Superfície 93x10-7 Grau de sobrearrefecimento a que o núcleo se forma (por vezes assumeassume-se que ∆T=0,2.Tm) Tm 6 Número de átomos num núcleo de tamanho crítico º Volume do nú núcleo – 4 3 πr 3 (r = raio crí crítico do nú núcleo) Solidificação º Crescimento de cristais num metal líquido e formação de uma estrutura de grão º º º º º º Volume da cé célula unitá unitária – a3 Volume por átomo = volume da c.u. c.u. / nº nº de átomos na c.u. c.u. Nº de átomos = volume do nú núcleo / volume por átomo 8 Metal solidificado contendo vá vários cristais – Policristalino Monocristal num agregado policristalino – Grão Fronteira entre dois grãos – Limite de Grão MATERIAIS / MATERIAIS I Pedro Almeida DEM 2005 MATERIAIS / MATERIAIS I 9 Pedro Almeida DEM 2005 Solidificação Solidificação º 10 º Tipos Grãos e Limites de grão de estruturas de grão º Grãos equiaxiais º Grãos colunares MATERIAIS / MATERIAIS I Pedro Almeida DEM 2005 MATERIAIS / MATERIAIS I 11 Pedro Almeida DEM 2005 Solidificação Grãos equiaxiais – durante a solidificação o crescimento é aproximadamente igual em todas as direcções. Aparecem frequentemente junto às paredes frias do molde (onde aparece uma concentração relativamente elevada de núcleos). º Grãos colunares – são alongados e estreitos, formam-se devido a uma solidificação lente do metal, formam-se frequentemente no seio do metal líquido (onde a concentração de núcleos é relativamente pequena). º 12 Solidificação º Observação de materiais policristalinos microscópio óptico de reflexão no MATERIAIS / MATERIAIS I Pedro Almeida DEM 2005 MATERIAIS / MATERIAIS I 13 Pedro Almeida DEM 2005 Soluções sólidas Soluções sólidas º Liga metálica (ou simplesmente Liga) é uma mistura de dois ou mais metais ou de um metal (metais) e um não metal (não-metais). º Solução Sólida é o tipo mais simples de liga. É um sólido constituído por dois ou mais elementos dispersos atomicamente numa única fase. º Soluções º Intersticiais MATERIAIS / MATERIAIS I 15 Pedro Almeida DEM 2005 Soluções sólidas º Soluções Sólidas Substitucionais º º º º º sólidas º Substitucionais MATERIAIS / MATERIAIS I Pedro Almeida DEM 2005 14 Os átomos do soluto substituem os átomos do solvente na rede cristalina deste. Os diâmetros ató atómicos não podem diferir mais de 15 % Os dois elementos devem apresentar a mesma estrutura cristalina As electronegatividades não podem ser muito diferentes para que não se formem compostos Os dois elementos devem ter a mesma valência Soluções sólidas º Soluções Sólidas Intersticiais Os átomos do soluto ocupam os espaços entre os átomos do solvente (Interstícios). Formam-se quando os diâmetros atómicos dos dois elementos são muito diferentes. 16