ENGENHARIA DE MICROESTRUTURAS

ENGENHARIA DE MICROESTRUTURAS

Estrutura é o cerne do paradigma da ciência de materiais de processamento de ligação com propriedades. Na hierarquia das estruturas que existem em materiais, a microestrutura oferece a mais rica variedade de arranjos estruturais. Esta variedade é muitas vezes convenientemente acessível, por exemplo, simplesmente por tratamento térmico ou deformação mecânica, Explora a relação entre propriedades e se serve da microestrutura para estabelecer um intervalo alvo de estados microestruturais que irá executar. A fim de atingir o alvo microestrutura é necessário entender o que microestruturas são, e como elas evoluem em processamento. Este trabalho centra-se sobre o conjunto de ferramentas que devem ser combinadas para atingir este ao controle:

1. Geometria

2 Termodinâmica

3. Cinemática

4. Cinética.

O conteúdo dessas ferramentas é revisado de forma breve e seus usos ilustrado no desenvolvimento de uma compreensão de como microestruturas evoluem. Neste desenvolvimento, é feita uma tentativa para realizar a descrição de cada processo microestrutural, tanto quanto possível, sem que haja hipóteses simplificadoras.

O estudo da microestrutura com este ponto de vista rigoroso foi denominado por FN Rhines, "Microstructology".

1. INTRODUÇÃO

Geometria. A distribuição espacial das coisas. O coração o paradigma de ciência dos materiais, a Fig. 1. Processamento determina estrutura; estrutura determina as propriedades. Estrutura é a distribuição espacial das coisas visíveis e invisíveis. O conteúdo científico da ciência dos materiais baseia-se uma hierarquia de estruturas:

Estrutura nuclear determina as propriedades nucleares.

Estrutura Atômica consiste de uma distribuição espacial de partículas sub-atômicas. Átomos, moléculas, geometria da estrutra, exemplo cubica de corpo centrada...

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Figura 01 - O paradigma da ciência dos materiais, estrutura mostra que conecta processamento com propriedades.

Estrutura molecular estende essa distribuição espacial de grupos de átomos e domina o comportamento químico de das moléculas.

A estrutura de cristal para metais, ligas, cerâmicas e polímeros representa a distribuição espacial dos átomos tridimensional sobre reticulados.

Estrutura eletrônica é visualizada como a distribuição espacial da densidade de probabilidade de uma nuvem de elétrons, é concebida para átomos, moléculas e cristais.

Estrutura de defeitos em cristais inclui ponto, linha e defeitos superficiais.Influências microestrutura praticamente todos os aspectos do comportamento de materiais.

Macroestrutura é a visualização espacial do material a olho nu. Exemplo: tamanho dos grãos, defeitos na estrutura, microporizidades.

Ciência dos materiais adapta da física ou concebeo conteúdo conceitual dessas estruturas, então descobrindo as maneiras de obter informações sobre esse conteúdo, e agora busca aprender a usar essa informação para prever a resposta do material para o processamento e as propriedades que o processamento de materiais apresenta.

Um dado pedaço de microestrutura do material é o mais variável ricamente, e, portanto, o mais suscetível de controlar do que os elementos na hierarquia estrutural materiais. Além disso,o acesso a essa riqueza está disponível através de processos muito simples. Por exemplo, uma completarevisão da microestrutura de um material pode ser conseguida simplesmente mudando sua temperatura. É essa rica variabilidade, o potencial de atendimento para produzir um determinado estado microestrutural com propriedades desejadas, e a facilidade com os quais este controle pode frequentemente ser alcançado, que coloca a microestrutura no ponto focal da ciência dos materiais.

Este artigo lida com metade da ciência de materiais, paradigma: a seleção do material e a combinação do processamento com o objetivo da engenharia de um desejado estado microestrutural.  A outra metade do paradigma, a conexão de microestrutura de propriedades e desempenhode modo que a natureza do estado microestrutural desejado pode ser identificado, é um assunto de igual importância, sofisticaçãoe complexidade. No entanto, este assunto importante está fora do âmbito desta apresentação.

A amplitude de experiência com determinados materiais, a informação acumulando e as compreensões sobre o funcionamento dos componentes da hierarquia das estruturas trouxeram o campo para o ponto onde as microestruturas podem ser produzidas por design. Uma vez que o reino da microestrutura desejada foi identificado, a chave para a concepção de microestruturas é uma compreensão da evolução microestrutural. Isto requer uma compreensão dos processos queestão envolvidos em trazer uma mudança na espacial distribuição dos elementos geométricos que compõem uma microestrutura. Este artigo explora as ferramentas que são necessáriaspara entender como microestruturas evoluem. Rhines denominou o desenvolvimento destas ferramentas e sua aplicação para entender como microestruturas chegam a um dado estado microstructology1. Ele acreditava queaqueles que estudam microestruturas deve se esforçar para ser quantitativaneste esforço e para tomar a aplicação destas ferramentas, tanto quanto for possível antes de introduzir a simplificação das premissas. Estas ferramentas são:

1. Conceitos geométricos que descrevem o estado microestrutural, quantificados pela aplicação de estereologia;

2. Termodinâmica e sua implementação em fase diagramas que fornecem o contexto em que ocorre o processo;

3. Cinemática de microestruturas em evolução que se relacionam com movimentos de fronteira locais para a mudança geométrica mundial; e

4. Cinética dos processos que operam na cinemática.

O papel de cada uma dessas ferramentas no processo de design deverá ser examinado. Claro que a ferramenta que se encontra na maioria de uso em arranjo microestrutural é o microscópio, quer seja TEM (microscópio de transmição), SEM (microscópio de varredura), o microscópio de luz, ou outras versões do instrumentos que produzem imagens de microestruturas.

A primeira decisão que será feito no processo de design é uma especificação da química do material. Este decisão tem a mais ampla gama de variáveis de todas as escolhas que são feitas no projeto microestrutural. Como são os elementos, quais elementos, e quanto de cada um tem um efeito profundo sobre todas as possibilidades subsequentes. Todos os componentes na hierarquia estrutural materiais são circunscritas pela primeira vez por esta lista de elementos, e seu parente eleva, a partir do qual o material é feito. Em última análise, estes elementos são recolhidos a partir da crosta terrestre. Os próprios processos sofisticados que convertem em minérios materiais estão fora do âmbito desta apresentação. Nosso interesse está focado em evolução estrutural na solidificação e no estado sólido que se segue.