Defeitos volumétricos

Percebe-se que tanto no caso de solubilização parcial quanto no caso de solubilização nula temos uma mistura heterogênea formada por duas fases distintas. Para o caso de solubilização parcial a ocorrência de uma segunda fase deve-se ao grau de solubilidade entres os componentes da mistura. Assim, caso precipite um dos componentes dizemos que há partículas de segunda fase. Em nosso exemplo, a açúcar que fica no fundo, caso coloquemos mais açúcar do que a água é capaz de diluir, é nossa partícula de segunda fase. Então, teremos fase a, que é uma solução de água e açúcar e fase b, que é o açúcar no fundo.

Mas, se adicionarmos açúcar em quantidade exagerada e uma formiga cair no copo, então teremos: uma fase a, formada pela solução de água e açúcar, uma fase b, formada pelas partículas de segunda fase de açúcar e um terceiro componente que o chamamos de inclusão, pois não o adicionamos propositadamente. É o caso dos óxidos e de outras partículas como sulfetos e fosfetos, por exemplo. Essas partículas são decorrentes de reações de oxi-redução entre o oxigênio do ar com os metais, que são componentes da mistura, ou advém de reações entre componentes da matéria-prima utilizada, por exemplo, o enxofre que está presente no coque que por sua vez é utilizado na fabricação do aço, com os componentes da mistura.

Partículas de segunda fase (precipitados, inclusões)

Partículas de segunda fase tem origem na imiscibilidade dos componentes, ou seja, os componentes não se misturam ou a partir de quantidades acima do limite de solubilidade do material.

A figura acima mostra a microestrutura de um aço com inclusão de sulfeto de manganês.

A microestrutura acima é de um ferro fundido cinzento, onde podemos ver veios de grafita e uma matriz perlítica. Cada grão perlítico, por sua vez, é constituído por lamelas alternadas de duas fases: ferrita (ou ferro-) e cementita (ou carboneto de ferro).

No ferro fundido cinzento as grafitas ocorrem por precipitação, uma vez que nesses materiais temos uma grande concentração de carbono, assim a microestrutura base não consegue diluir todo o carbono, precipitando, assim, as grafitas. Já na figura do aço onde vemos sulfeto de manganês, este é uma inclusão, uma vez que não o adicionamos propositalmente na mistura.

Poros

Os poros são ausência de material. Estes ocorrem com frequência nos componentes fundidos e são “parte” dos materiais e/ou componentes obtidos pela metalurgia do pó.

Poros são defeitos devido à contração durante a solidificação e por isso são denominados defeitos de solidificação. Denomina-se defeito da solidificação toda heterogeneidade surgida durante o esfriamento de um material fundido. Estas heterogeneidades podem ser de natureza física (poros) e de natureza química (segregações).

A figura acima é uma imagem feita em microscópio eletrônico de varredura de uma liga de cobre e níquel com microestrutura bruta de fundição. Nela é possível vermos as porosidades.

Na imagem acima, de uma liga de cobre, vemos segregações de partículas nos contornos de grão.

Podemos ter dois tipos de porosidades: macroporosidades e microporosidades. Durante a transformação do estado liquido para sólido, ocorre um agrupamento (empacotamento) dos átomos, formando estruturas ordenadas. Na absoluta maioria dos casos esta transformação é acompanhada por um aumento da densidade. Assim, dependendo do intervalo de solidificação podemos ter macroporosidades ou microporosidades.

Metais comercialmente puros e ligas metálicas com pequeno intervalo de solidificação possuem dendritas pequenas na interface liquido-solido e tendem a gerar macroporosidades.

A figura mostra o efeito do intervalo de solidificação na porosidade. Nela vemos que quanto maior o intervalo de solidificação maior será a quantidade de microporosidades, enquanto que para intervalos menores há a formação de macroporosidades.

Trincas

As trincas também são defeitos volumétricos, uma vez que mudam o estado de tensões dos átomos ao seu redor.

As trincas podem ser adicionadas no material de diversas maneiras e é uma das principais causas de falhas. Elas podem ocorrer devido a:

• Esforço cíclico;
• Ciclos térmicos;
• Diferença na dilatação térmica entre as fases do material;
• Fragilização do contorno de grão;
• Material submetido a grandes esforços.

E ai, vamos praticar?