Propriedades mecanicas e quimicas dos materiais
Por: Venancio Junior Mazivele • 11/4/2018 • Pesquisas Acadêmicas • 3.399 Palavras (14 Páginas) • 399 Visualizações
Índice Páginas
1. Introdução 2
2. Alguns conceitos chave 3
2.1. Polimorfismo/Alotropia. 3
2.2.Entropia 3
2.3.Entalpia 4
2.4.Resfriamento 4
3. Redes cristalinas 4
3.1.Prevalência da estrutura cristalina 5
3.2.Sistemas cristalinos 5
4. Cristalização 6
5. Mecanismo de processo de cristalização 7
6. Crescimento de cristais num metal líquido e formação da estrutura de grão 9
7. Algumas considerações sobre o mecanismo do processo de cristalização 11
8. Estrutura de grão nos processos industriais 11
9. Aspectos das formações cristalinas e estruturas do lingote 12
10. Conclusão 14
11. Bibliografia 15
1. Introdução
Os métodos de obtenção de peças sólidas através de fundição têm preocupado muito a engenharia nos últimos tempos devido aos vários tipos de imperfeições dos metais, pois essas imperfeições afectam muito nas propriedades físicas e mecânicas. Para que o metal solidifique é necessário que passe de um processo crítico que é o processo do resfriamento, pois a qualidade do material depende de como ele é resfriado.
Durante o resfriamento, o metal líquido vazado solidifica, mas na fase de solidificação acontece um processo chamado cristalização que consiste em duas fases: na formação de pequenos cristais (chamados embriões ou núcleo de cristalização) e na fase de crescimento dos cristais.
2. Alguns conceitos chave
2.1. Polimorfismo/Alotropia - fenómeno onde uma substância apresente variações de arranjos cristalinos em diferentes condições.
As pequenas variações da pressão, que podem existir na pratica, geralmente não originam transformações polimorfas, portanto alotropia causada pela variação da temperatura é o factor mais importante que se aproveita nos estudos práticos das propriedades dos metais e suas ligas.
Ex: polimorfismo do ferro puro
[pic 1]
Figura 1. Polimorfismo do ferro
2.2.Entropia
Pode ser chamada de uma energia incapaz de realizar trabalho, e está presente em todos os processos, no sentido do aumento global da Entropia. A perda de energia em cada processo da sua transformação, está relacionada com o aumento da Entropia. A energia é perdida, dissipada e não temos como reaproveitá-la.
De modo geral a Entropia aumenta com a elevação da temperatura, pois de acordo com a Energia Livre de Gibbs, a energia livre é dada pela diferença da energia total e os factores entrópicos:
G=H-TS |
Onde, G=Energia Livre, H=Entalpia, T=Temperatura, S=Entropia.
2.3.Entalpia
Entalpia (H) → vamos chamar de entalpia a energia na forma de calor de cada substância.
Variação de Entalpia (∆H) → saldo energético → ∆H = Hfinal - Hinicial
Como o final da reação são os produtos e o início os reagentes temos:
∆H = Hprodutos - Hreagente
2.4.Resfriamento
É o processo de abaixamento da temperatura. As formas de resfriamento do metal fundido dependem das propriedades do material em conformidade das propriedades desejadas, entretanto existem várias formas de resfriamento, dos quais destacam-se as seguintes: ao ar atmosférico, em areia, em água, em óleo, etc.
Nota: Esta é a fase crítica, pois o resfriamento excessivamente rápido pode provocar tensões mecânicas na peça, inclusive com aparecimento de trincas, e a formação de bolhas. Se houver um resfriamento muito lento ocorrerá a diminuição da produtividade.
Estes eventos influenciam bastante o tamanho, forma, uniformidade e composição química dos grãos formados na peça fundida, que por sua vez influencia as suas propriedades globais.
- Redes cristalinas
A estrutura cristalina de um sólido é a designação dada ao conjunto de propriedades que resultam da forma como estão espacialmente ordenados os átomos ou moléculas que o constituem. Note-se que apenas os sólidos cristalinos exibem esta característica, já que ela é o resultado macroscópico da existência subjacente de uma estrutura ordenada ao nível atómico, replicada no espaço ao longo de distâncias significativas face à dimensão atómica ou molecular, o que é exclusivo dos cristais.
3.1.Prevalência da estrutura cristalina
Dado que, de maneira geral, a matéria sólida, se apresenta sob dois estados fundamentais de ordenação: o amorfo e o cristalino, como é óbvio, apenas os sólidos que tenham uma estrutura interna ordenada são designados cristalinos.
Contudo esta definição pode ser enganadora, já que são comuns substâncias parcialmente cristalinas, isto é composta por porções cristalinas embebidas em material amorfo (é o caso da maioria das rochas). Também materiais aparentemente amorfos podem ser cristalinos, como é o caso da areia de quartzo (que é constituída por uma miríade de pequenos cristais) ou das argilas (que aparentam ser amorfas mas são constituídas por cristais microscópicos).
3.2.Sistemas cristalinos
A existência da estrutura cristalina resulta dos sólidos cristalinos serem construídos a partir da repetição no espaço de uma estrutura elementar paralelepipédica denominada célula unitária (ver figura à direita).
A forma e tamanho da célula unitária de cada cristal dependem das dimensões, valência química e estado de ionização dos átomos ou moléculas que o compõem e das condições em que o cristal se formou.
A mesma substância, sob condições de pressão e temperatura distintas, pode formar cristais com células unitárias totalmente diversas. Um exemplo clássico é o Carbono, o qual pode, dependendo das condições, cristalizar sob centenas de formas, indo desde o diamante à grafite, passando pelas inúmeras variantes da fibra de carbono. Também as substâncias orgânicas, dos açúcares às proteínas e ao DNA, cristalizam em formas extremamente complexas em resultado do seu elevado peso molecular e complexidade estrutural. Apesar da sua enorme diversidade, os cristais, dependendo da composição e condições de formação, assumem formas regulares e hoje facilmente dedutíveis em função das características atómicas e moleculares dos seus constituintes. Tal permite a sua fácil classificação em função de um número reduzido de parâmetros, conhecidos por parâmetros de rede.[pic 2]
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