Elementos de microestrutura de metais e ligas

.2 Elementos da microestrutura de metais e ligas

Nos metais e ligas os átomos se dispõem segundo arranjos bastante ordenados, determinados por forças eletromagnéticas cuja intensidade obedece uma condição de mínima energia por unidade de volume. É possível individualizar certos arranjos elementares denominados monocristais, cuja repetição segundo as três direções do espaço gera os chamados cristais.

A estrutura dos metais é, na verdade, policristalina : um mosaico de cristais que diferem entre si pela direção segundo a qual se repete um mesmo monocristal. Nota-se que no âmbito da microescala o policristal é essencialmente anisótropo, entretanto para fins de modelagem macroscópica pode-se considerar que o metal apresente isotropia.

A maior parte dos cristais de metais puros é composta pela repetição de uma das seguintes estruturas de monocristais : estrutura cúbica de corpo centrado (ferro), cúbica de faces centradas (cobre e alumínio) e hexagonal compacta (zinco e titânio). Para cada uma das estruturas, adotam-se as seguintes siglas, respectivamente : CCC, CFC e HC.

O arranjo dos átomos na estrutura CCC pode ser visualizado tomando-se por base um cubo que contém um átomo central está em contato com outros oito átomos posicionados nos seus vértices.

Nas estruturas HC e CFC, doze átomos estão em contato com um átomo central, mas arranjados de modo que suas posições configuram um hexágono ou um cubo imaginários, respectivamente.

As animações abaixo ilustram as estruturas típicas dos monocristais.

É importante destacar que os monocristais apresentam alguns planos de maior densidade de átomos, que oferecem uma resistência menor ao escorregamento relativo entre as partes. A clivagem é o escorregamento entre planos cristalográficos que acontece com ruptura das ligações atômicas.

As ligas são materiais metálicos com mais de uma fase, pois não são constituídas por um único elemento. Elas apresentam uma estrutura cristalina diferente daquela característica dos metais puros, devido à presença de átomos que se inserem no interior dos monocristais ou pela simples substituição de átomos de um constituinte pelos de outro ( ver animações abaixo ). O tipo de monocristal das ligas pode variar de acordo com a temperatura (CFC ou CC no caso da liga ferro-carbono).

Considere-se um certo cristal e a sua possível idealização como uma seqüência geometricamente bem definida, ordenada e sem defeitos de monocristais. Tal idealização é suficiente para explicar, satisfatoriamente, as deformações elásticas e a ruptura frágil. Esta última é, então, interpretada como o resultado do rompimento das ligações ou de partes de um policristal; já a deformação elástica é entendida como a variação reversível da distância entre os átomos, sem ruptura das ligações.

Por outro lado a deformação plástica e a ruptura dúctil somente podem ser explicadas, de modo convincente, admitindo-se a presença de defeitos que perturbam