Recuperação, Recristalização e Crescimento de Grão

O recozimento é um tratamento térmico (aquecimento) usado para eliminar, parcial ou totalmente, os efeitos do trabalho a frio (encruamento).

Existem três estágios no processo de recozimento: recuperação, recristalização e crescimento de grão.

O gráfico abaixo ilustra os três estágios do recozimento:

Recuperação

A microestrutura de um material encruado é composta por grãos deformados que contêm um grande número de discordâncias aglomeradas.

Ao aquecermos o material facilitamos a movimentação das lacunas (vacâncias). Estas, por sua vez, tendem a diminuir a energia da discordância, gerada pelo campo de tração, movimentando a discordância em relação ao seu plano de escorregamento. Essas movimentações geram campos de tensões que favorecem o empilhamento das discordâncias, conforme figura abaixo.

Ao se empilharem as discordâncias formam uma estrutura conhecida como sub-contorno de grão (subgrãos poligonizados).

A densidade de discordâncias, entretanto, permanece praticamente inalterada. Esse tratamento térmico ocorre em baixa temperatura e remove as tensões residuais causadas pelo encruamento sem causar alteração na densidade de discordâncias. Assim, as propriedades mecânicas do metal, na recuperação, permanecem praticamente inalteradas uma vez que a quantidade total de discordâncias não é diminuída durante a recuperação. Visto que as tensões residuais se reduzem ou mesmo eliminam-se quando as discordâncias são rearranjadas, a recuperação é frequentemente conhecida como recozimento de alívio de tensões. Além disso, a recuperação restaura a condutibilidade elétrica, por exemplo, em fios de cobre ou alumínio que foram fabricados por trefilação (uma barra metálica é tracionada, passando por uma fieira, para produzir arames e fios), sem perdas de propriedades mecânicas.

Por fim, a recuperação melhora, com frequência, a resistência à corrosão do material.

Recristalização

Como visto anteriormente, o aquecimento, de um material encruado, acima de certa temperatura irá favorecer uma rápida recuperação, que elimina as tensões residuais e leva à formação de uma estrutura de empilhamento de discordâncias (sub-contorno de grão). Em seguida, formam-se núcleos de pequenos novos grãos nos sub-contorno de grão, eliminando, assim, a maior parte das discordâncias.

Pelo fato do material recristalizado perdem uma grande quantidade de discordâncias, ele possui baixa resistência mecânica, porém alta ductilidade. A temperatura que surge uma microestrutura de novos grãos com baixa densidade de discordâncias é conhecida como temperatura de recristalização.

A temperatura de recristalização é a temperatura na qual os grãos da microestrutura encruada começam a se transformar em novos grãos equiaxiais e com baixa densidade de discordância. É importante enfatizar que a temperatura de recristalização não é fixa como a temperatura de fusão de um elemento puro, mas, influenciada pelas variáveis de processamento:

• Quanto maior for a porcentagem de trabalho a frio (encruamento) menor será a temperatura de recristalização. Isso ocorre, pois grandes deformações plásticas deixam o material muito instável por causa do aumento do número de discordâncias e devido a esse aumento de energia a nucleação de grãos recristalizados é induzida.
• Os metais puros recristalizam em temperaturas mais baixas que suas ligas, pois as impurezas que constitui a liga tende a segregar nos contornos de grãos. Assim, para que o grão cresça maior é a energia necessária para que os contornos de grão ultrapassem as impurezas segregadas neles.
• Aumentar o tempo de recozimento diminui a temperatura de recristalização, visto que existe mais tempo disponível para a nucleação e crescimento dos novos grãos recristalizados.
• Quanto menor o tamanho de grão inicial menor é a temperatura de recristalização, pois haverá mais locais onde os novos grãos nucleiam.

É de suma importância o conceito de temperatura de recristalização, uma vez que é a partir dela que se define trabalho a quente e trabalho a frio!!!!

Assim, se realizamos a deformação plástica em temperatura abaixo da temperatura de recristalização teremos um trabalho a frio (encruamento). Caso realizemos a mesma deformação plástica, porém, acima da temperatura de recristalização dizemos que é um trabalho a quente.

O trabalho a quente não promove o encruamento. Consequentemente, a quantidade de deformação plástica possível de ser realizada é praticamente ilimitada. Assim, o baixo limite de escoamento e a alta ductilidade é consequência da alta temperatura acima da temperatura de recristalização. Desse modo o metal irá recristalizar continuamente!!!

Crescimento de Grão

Em temperaturas ainda mais altas de recozimento, tanta a recuperação quanto à recristalização ocorrem rapidamente, produzindo estrutura fina de grãos recristalizados. Caso a temperatura for suficientemente alta, os grãos começam a crescer, com os maiores consumindo os menores. Esse fenômeno de crescimento de grão ocorre motivado pela redução da área de contorno de grãos, isto é, a fim de diminuir ainda mais a energia da estrutura os grãos crescem diminuindo área total de contornos de grãos.

O crescimento de grão é quase sempre indesejável, pois pior as propriedades mecânicas dos materiais. O crescimento de grão ocorrerá na maioria dos materiais encruados caso sejam submetidos à temperatura elevada. Logo, o crescimento de grão não dependerá da recristalização ou da recuperação para que o crescimento ocorra.

Para que o crescimento ocorra haverá uma mobilidade atômica, ou seja, átomos do grão menor irão migrar para o grão maior. Assim, quanto maior for a temperatura maior será a mobilidade dos átomos e, consequentemente, maior será o grão formado.

O esquema abaixo demostra que para um mesmo tempo de recozimento quanto maior a temperatura maior será o grão formado.

Vamos praticar?