Estruturas Cristalinas

1 Alotropia do ferro puro

Ferro  metal alotrópico  apresenta mais de uma estrutura cristalina de acordo com a temperatura.

Solidificação: 1538oC  estrutura cristalina cúbica de corpo centrado  ferro- ou fase- (ferrita-).

1394oC  mudança de fase  átomos de Fe sofrem um rearranjo para uma estrutura cúbica de face centrada  ferro- ou fase- (austenita).

912oC  volta a ccc (cúbica de corpo centrado)  ferro- ou fase- (ferrita). Abaixo de 786oC (ponto Curie)  comportamento magnético.

Estas diversas transformações fazem com que os aços apresentem-se com uma classe de materiais extremamente versáteis atendendo a um grande espectro de propriedades mecânicas.

2 Reticulado cristalino

Reticulado cristalino é uma rede de pontos que se prolonga infinitamente nas três direções do espaço (ver Figura 1).

Figura 1 - Representação de uma rede de pontos que serve de base para o estudo das estruturas cristalinas.

Geometria da rede espacial pode ser caracterizada por três vetores.

Comprimento dos vetores  a, b, c

Ângulo entre vetores  , , 

O comprimento e o ângulo entre os vetores representam as constantes de rede, as quais nos permitem definir exatamente como os pontos se distribuem no espaço.

3 Estrutura cristalina

Nada mais é do que uma rede de pontos regularmente espaçados com uma distribuição regular dos átomos.

Materiais cristalinos são aqueles que possuem uma distribuição característica e regular dos seus átomos. Devido a esta regularidade, a estrutura cristalina de um material não precisa ser representada por todos os seus átomos, mas por apenas um conjunto de átomos que possam definir a sua distribuição no espaço. A esta pequena porção do reticulado cristalino que tem a propriedade de representar todo o cristal chamamos de célula unitária.

Célula unitária  associada a uma figura geométrica e a distribuição característica dos átomos.

Existem apenas sete figuras geométricas  representam sete sistemas cristalinos, que por sua vez irão formar quatorze distribuições características dos átomos, produzindo quatorze estruturas cristalinas (ver Tabela 1).

Tabela 1 - Classificação das estruturas cristalinas dentro dos sistemas cristalinos.

Sistema cristalino Parâmetro de rede e ângulo entre os eixos Estrutura cristalina

Cúbico Três eixos iguais em ângulo reto Cúbica simples

a=b=c, ===90 Cúbica de corpo centrado

Cúbica de faces centradas

Tetragonal Três eixos em ângulo reto, dois iguais Tetragonal simples

a=bc, ===90 Tetragonal de corpo centrado

Ortorrômbico Três eixos desiguais em ângulo reto Ortorrômbico simples

abc, ===90 Ortorrômbico de corpo centrado

Ortorrômbico de bases centradas

Ortorrômbico de faces centradas

Romboédrico Três eixos iguais, ângulos iguais Romboédrico simples

a=b=c, ==90

Hexagonal Dois eixos iguais a 120, terceiro eixo a 90 Hexagonal simples

a=bc, ==90, =90

Monoclínico Três eixos desiguais, um ângulo diferente Monoclínico simples

abc, ==90, 90 Monoclínico de bases centradas

Triclínico Três eixos desiguais, ângulos desiguais Triclínico simples

abc, 90

Figura 2 – Estruturas cristalinas.

Sistemas cristalinos mais importantes  Sistema cúbico e tetragonal.

Estruturas cristalinas mais importantes  cúbica de corpo centrado, cúbico de face centrada e tetragonal de corpo centrado (ver Figura 3).

Sistema cristalino  cúbico

Estrutura cristalina  cúbica de corpo centrado (ccc) e cúbica de face centrada (cfc).

Sistema cristalino  tetragonal

Estrutura cristalina  tetragonal de corpo centrado

Figura 3 - Representação esquemática das células unitárias das estruturas cúbica de corpo centrado, cúbica de faces centradas e tetragonal de corpo centrado.

3.1 Parâmetros característicos

- Medidas características dos vetores  parâmetros de rede

- Número de átomos por célula unitária

- Número de vizinhos que cada átomo possui  número de coordenação

- Relação entre o volume ocupado pelos átomos e o volume da célula unitária  fator de empacotamento

3.1.1 Estrutura cúbica de corpo centrado (ccc)

a = b = c e  =  = =90o  parâmetros geométricos

Célula unitária  caracterizada pela figura de um cubo

Os átomos estão localizados nos vértices e no centro da célula (ver Figura 4).

Figura 4 - Representação do modelo de esferas das estruturas cúbica de corpo centrado e cúbica de faces centradas.

Átomos nos vértices  existe apenas 1/8 do seu volume ocupando espaço na célula unitária.

Parâmetro de rede  lado do cubo = (4R/31/2); onde R = raio atômico.

Número