TRAB-CONFORMAÇÃO MECANICA-MILLER

FACULDADE METROPOLITANA DO GRANDE RECIFE

CURSO DE GRADUAÇÃO EM CONSTRUÇÃO NAVAL

ÍNDICE DE MILLER E RECRISTALIZAÇÃO

JABOATÃO DOS GUARARAPES

SETEMBRO – 2015

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Jorge Prata Alves Junior

Maria das Graças Barbosa Reges

Rafael Ferreira Pereira dos Santos

COORDENAÇÃO DE CONSTRUÇÃO NAVAL

Relatório referente ao trabalho

apresentado a Coordenação do Curso

Tecnólogo em Construção Naval da

Faculdade Metropolitana da Grande Recife,

como complemento da disciplina de

CONFORMAÇÃO MECÂNICA, sob

orientação da professor Aeligton dos Santos

Belo.

JABOATÃO DOS GUARARAPES

SETEMBRO – 2015

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SUMÁRIO

1. APRESENTAÇÃO.............................................................................................................5

2. INTRODUÇÃO..................................................................................................................6

3. OBJETIVO.........................................................................................................................7

4. ESTRUTURA CRISTALINA............................................................................................8

4.1 Principais Estruturas Cristalinas.......................................................................................8

4.2 Cristais Cúbicos................................................................................................................9

4.3 Célula Cubica de Corpo Centrado (CCC).........................................................................9

4.4 Célula Cubica de Face Centrada (CFC)............................................................................9

4.5 Célula Hexagonal Compacta (HC)...................................................................................9

5. ÍNDICE DE MILLER.......................................................................................................10

5.1 Índices de Miller dos Cristais Hexagonais......................................................................12

6. PROCESSOS DE RECUPERAÇÃO E RECRISTALIZAÇÃO......................................12

7. CONCLUSÃO..................................................................................................................15

8. BIBLIOGRAFIA..............................................................................................................16

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LISTA DE FIGURAS

Figura 1- Sistema Cubico............................................................................................................9Figura 2- Variação Alotrópica do Ferro....................................................................................10Figura 3- William Hallowes Miller...........................................................................................10Figura 4- Direções e Planos Cristalinos....................................................................................11Figura 5- Alterações na resistência, ductilidade e microestrutura durante (a) trabalho a frio, (b) recuperação e (c) recristalização...............................................................................................13Figura 6- Temperaturas de Recristalização para alguns metais e ligas de uso comum............14

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1. APRESENTAÇÃO

INDICE DE MILLER

É uma notação utilizada em cristalografia para definir famílias de planos em rede

Bravais, isto e feito indicando-se as coordenadas de um vetor no espaço recíproco que e normal à família de planos em três dimensões.

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2. INTRODUÇÃO

O presente trabalho teve por intuito de pesquisar Índice Miller e Recristalização para

melhoramento as direções cristalográficas estão ligadas nos planos tratados. Uma vez e

sabida, anisotropia de diversa propriedade dos materiais.

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3. OBJETIVO

Adquirir conhecimento e reforçar o aprendizado adquiridos durante o 4° período na faculdade Metropolitana da Grande Recife ano de 2015 através da apresentação de alguns relatos e pesquisas referente índice Miller e Recristalização

Uma vez que o estudo das matérias foi intensificado ficou-se cada vez mais claro a possibilidade de analise de propriedade térmica elétricas mecânica entre outras em diferentes direções dos materiais

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4. ESTRUTURA CRISTALINA

A estrutura física das matérias sólidas depende fundamentalmente do arranjo estrutural de seus átomos, íons ou molécula. A grande maioria dos materiais comumente utilizados em engenharia, particularmente os metálicos, exibe um arranjo geométrico de seus átomos bem definidos, constituindo uma estrutura CRISTALINA.

O estudo da estrutura interna dos materiais necessita da utilização de 7 ARRANJOS atômicos básicos, que podem representar as estruturas de todas as substâncias CRISTALINAS conhecidas, abaixo:

Cristais – átomos ocupam posições pré-estabelecidas, de acordo com sistema cristalino utilizado.Propriedades – Depende da orientação

SISTEMAS EIXOS ÂNGULOS AXIAIS Cúbico a=b=c Todos os ângulos = 90°Tetragonal a=b≠c Todos os ângulos = 90°Ortorrômbico a≠b≠c Todos os ângulos = 90°Monoclínico a≠b≠c 2 ângulos = 90° e 1 ângulo ≠

90°Triclínico a≠b≠c Todos os ângulos diferentes e

nenhum igual a 90°Hexagonal a1=a2=a3≠c 3 ângulos = 90° e 1 ângulo =

120°Romboédrico a=b=c Todos os ângulos iguais, mas

diferentes de 90°

4.1 Principais Estruturas Cristalinas

A maioria dos elementos metálicos (em torno de 90%) transforma-se de liquido para sólido assumindo estruturas altamente densas, que sejam: CÚBICA DE CORPO CENTRADO (CCC); CÚBICA DE FACE CENTRADA (CFC) E HEXAGONAL COMPACTA (HC). A maioria dos metais cristalizam-se seguindo estes arranjos compactados, pois a energia é liberada com a aproximação dos átomos. Assim, uma estrutura densa apresenta nível de energia mais baixo e portanto, mais estável.

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Figura 1- Sistema Cubico

4.2 Cristais Cúbicos

A estrutura CÚBICA é uma das que ocorrem com maior freqüência nas substancias cristalinas e é considerada a de maior importância. Dependendo da posição que os átomos ocupam na estrutura CÚBICA, a mesma pode ser classificada em cúbica simples (CS), cúbica de corpo centrado (CCC) e cúbica de face centrada (CFC).

4.3 Célula Cubica de Corpo Centrado (CCC)

Neste arranjo estrutural existe um átomo em cada vértice de um cubo e um outro átomo no centro do mesmo, esta estrutura pode ser encontrada no tungstênio, tântalo, bário, nióbio, lítio, potássio, vanádio, cromo, etc

4.4 Célula Cubica de Face Centrada (CFC)

Este arranjo caracteriza-se por exibir o mesmo átomo nos vértices encontrados nos outros dois arranjos cúbicos e mais 1 átomo em cada face do cubo. A estrutura cúbica de face centrada é a estrutura do alumínio, cálcio, níquel, cobre, prata, ouro, platina, chumbo, etc. Neste caso existe um total de quatro átomos no interior da célula unitária.

4.5 Célula Hexagonal Compacta (HC)

A estrutura hexagonal compactada é formada por dois hexágonos sobrepostos e um plano intermediário de 3 átomos. Nos hexágonos, novamente, existem 6 átomos nos vértices e um outro no centro. A estrutura HC pode ser observada no berílio, berquélio, lítio, magnésio, cádmio, cobalto, etc.

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Figura 2- Variação Alotrópica do Ferro

5. ÍNDICE DE MILLER

Para identificar um sistema de planos de cristalografia é atribuído um conjunto de três números que são chamados índices de Miller. Os índices de um sistema plano é geralmente indicado com letras (Hkl).

Índices de Miller são inteiros, números negativos ou positivos e são relativamente primos. O sinal negativo de um índice de Miller deve ser colocado sobre esse número.

O índice de Miller foi introduzido pela primeira vez pelo mineralogista britânico WILLIAM HALLOWES MILLER em (1801-1880). Em 1839, Miller publicou o seu livro “A treatise on Crystallography”, no qual ele propunha um novo sistema de indexação de direções e planos.

Figura 3- William Hallowes Miller

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Em cristalografia, o índice de Miller é usado para descrever o conjunto de planos existentes num cristal.

A posição e orientação do plano de um cristal é determinada por três pontos (do eixo cristalino) não colineares. Os índices de Miller não são exatamente o valor da interseção dos planos com o eixo. Quando temos um plano que intercepta 3 eixos e um valor (x,0,0), (0,y,0)e(0,0,z) representamos essas interseções por x y z. Invertendo a apresentação obtemos 1/x 1/y 1/z, onde daí tiramos os três menores inteiros que satisfazem a relação (1/x 1/y 1/z) representando tais números como (hkl)

Notação utilizada para identificar direções e planos cristalinos, direções [hkl] e <hkl>

Figura 4- Direções e Planos Cristalinos

Regras:

Estabeleça a origem do sistema de coordenadas Determine as coordenadas da base do (vetor)Determine as coordenadas da ponta do (vetor)Subtraia as coordenadas Caso necessário racionalize os índices [hkl] para números inteiros

Quando alguém se envolve mais profundamente no estudo dos cristais, torna-se evidente a necessidade de símbolos para descrever as orientações no espaço das direções e planos cristalograficamente importantes. Assim, embora as direções compactas do reticulado cúbico do corpo centrado possam ser descritas como as diagonais de células unitária e as direções correspondentes do reticulado cúbico de face centrada como as diagonais das faces de um cubo, é muito mais fácil definir estas direções em termos de alguns números inteiros.

Para esta finalidade, o sistema de MILLER para a designação de índices de planos e direções cristalográficas é universalmente aceito. Na discussão que se segue, serão considerados os ÍNDICES DE MILLER para os cristais cúbicos e hexagonal. Não é difícil desenvolver os índices para outras estruturas cristalinas, mas o assunto não será tratado por falta de espaço.

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Uma regra geral para a obtenção dos índices de Miller de uma direção cristalográfica pode ser estabelecida. Desenhe um vetor, a partir da origem, paralelo à direção cujos índice são desejados. Escolha o seu módulo de forma que suas componentes nos três eixos tenham comprimentos iguais a números inteiros. Estes inteiros devem ser os menores números que forneçam a direção desejada. Assim os inteiros 1, 1 e 1 e 2,2 e 2 representam a mesma direção no espaço, mas, por convenção, os índices de Miller são [111] e não [222]

Quando uma direção cristalográfica especifica é estabelecida, os índices de Miller são colocados entre colchetes. Contudo, algumas vezes é desejável referir-se a todas as direções da mesma espécie. Neste caso, os índices de uma dessas direções são representados da seguinte forma: <111>, e o símbolo tem o significado extensivo às quatros direções ([111], [111], [111], [111], que são consideradas como classe. Portanto, pode-se dizer que as direções compactas do reticulado cúbico do corpo centrado são direções <111>, ao passo que um cristal especifico pode ser tracionado na direção [111] e simultaneamente comprimido na direção [111].

Uma característica importante dos índices de Miller de cristais CÚBICOS é que tanto os planos quanto as direções normais têm como índices o mesmo conjunto de inteiros.

5.1 Índices de Miller dos Cristais Hexagonais

Planos e direções nos metais hexagonais são definidos quase que universalmente por meio de índices de Miller contendo quatro algarismos em vez de três. Assim, no sistema de quatro dígitos, os planos (1120) e (1210) são equivalentes. Por outro lado, se usarmos o sistema de três algarismo, os planos equivalentes não terão índices semelhantes. Assim, os dois planos citados teriam como índices, no sistema de três dígitos, (110) e (120).

Os índices de quatro algarismo do sistema hexagonal são baseados em um sistema de coordenadas contendo quatro eixos.

6. PROCESSOS DE RECUPERAÇÃO E RECRISTALIZAÇÃO

Alguns dos metais mais importantes são classificados, de acordo com sua estrutura cristalinas. Muitos metais são POLIMÓRFICOS, isto é, cristalizam-se em mais de uma estrutura.

O mais importante deste é o FERRO, que se cristaliza tanto na forma CÚBICA DE CORPO CENTRADO como na CÚBICA DE FACE CENTRADA, sendo cada uma destas estruturas é estável em faixas de temperatura diferentes. Assim, para todas as temperaturas abaixo de 910°C e acima 1.400°C até o ponto de fusão, a estrutura cristalina estável é a cúbica de corpo centrado, enquanto que, entre 910°C e 1400°C, a estrutura estável é a cúbica de face centrada.

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O efeito do Trabalho a Frio (TF) pode ser reduzido ou mesmo eliminado pela manutenção do material a uma temperatura suficientemente elevada para que a vibração térmica dos átomos permita maior mobilidade das discordâncias. Em temperaturas de cerca de 0,3 – 0,5 Tf, as discordâncias são bastante móveis para formar arranjos regulares e mesmo se aniquilarem (somente as discordâncias de sinais opostos), formando uma estrutura celular (subgrãos) com uma pequena defasagem de orientação cristalográfica entre as células. Este processo é chamado de RECUPERAÇÃO. É um processo que depende do tempo embora não mude a microestrutura, restaura parcialmente a maciez (menor resistência e maior ductilidade).

A maciez original é inteiramente restaurada pelo aquecimento acima de T= 0,5 Tf, quando se formam novos grãos com baixa densidade de discordâncias. Os grãos crescem continuamente até que a estrutura toda esteja RECRISTALIZADA. A microestrutura resultante é equiaxial, muito embora possa ser retida ou mesmo desenvolvida uma textura cristalográfica (textura de recozimento). Tal processo de recozimento envolve difusão, e, portanto, é grandemente dependente da temperatura e do tempo.

Figura 5- Alterações na resistência, ductilidade e microestrutura durante (a) trabalho a frio, (b) recuperação e (c) recristalização

A temperatura de 0,5 Tf é apenas uma referência aproximada, pois mesmo pequenos teores de elemento de liga podem retardar substancialmente a formação de novos grãos, elevando a temperatura de recristalização.

Na prática, a temperatura de recristalização é convencionalmente definida como aquela em que o metal severamente encruado recristaliza totalmente no espaço de uma hora. A tabela abaixo apresenta as temperaturas de recristalização para alguns metais e ligas de uso comum.

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Figura 6- Temperaturas de Recristalização para alguns metais e ligas de uso comum

Em alguns metais o processo de recuperação aumenta a ductilidade mais do que diminui a resistência, sendo então possível controlar as propriedades finais do produto deformado por meio de um severo trabalho a frio, seguido de um recozimento de recuperação que restaura grande parte da ductilidade sem reduzir muito a resistência.

Em resumo, os principais fatores que afetam a recristalização são:

1. Uma quantidade mínima de deformação prévia: se o trabalho a frio prévio é zero, não há energia de ativação para a recristalização e ficam mantidos o grão original;

2. Quanto maior a deformação prévia, menor será a temperatura de recristalização;

3. Quanto menor a temperatura, maior o tempo necessário à recristalização;

4. Quanto maior a deformação prévia, menor será o tamanho de grão resultante (pois será maior o número de núcleos a partir dos quais crescerão os novos grãos).

OBS: Uma estrutura de grãos grosseiros apresenta propriedades mecânicas pobres, ao passo que um tamanho de grão fino fornece ao material alta resistência sem diminuir-lhe muito a ductilidade. Adições de elementos de liga tendem a aumentar a temperatura de recristalização (pois retardam a difusão).

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7. CONCLUSÃO

Cabe-se mencionar que o desenvolvimento de instrumento especifica propiciou a

análise das diferentes facetas das propriedades mecânicas equipamento como o microscópio

de transmissão difrafômetro ressonância nuclear magnética entre outros fazem parte do Pillar

dessa analises.

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8. BIBLIOGRAFIA

Páginas pesquisadas na internet:

http://www.cimm.com.br/portal/material_didatico/6473-processos-de-recuperacao-e-recristalizacao#.VeutsBFViko

http://www.fem.unicamp.br/~caram/capitulo3.pdf

http://www.trabalhosfeitos.com/ensaios/Planos-e-Dire%C3%A7%C3%B4es-Cristalograficas/52344215.html

http://www.ebah.com.br/content/ABAAABRTYAJ/aula-3-estrutura-cristalina-icm

http://unisa.br/conteudos/9148/f861229979/apostila/apostila.pdf