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Arranjo Atômico em Ligas

1910
Metalúrgico analisando o arranjo atômico em ligas sob um microscópio em um laboratório.

(Imagem gerada apenas para fins ilustrativos)

As ligas são classificadas com base no arranjo atômico. Em ligas substitucionais, os átomos do elemento soluto substituem os átomos do solvente na rede cristalina, o que é comum quando os tamanhos atômicos são semelhantes. Em ligas intersticiais, átomos menores do soluto, como o carbono no ferro, se encaixam nos espaços (interstícios) entre os átomos maiores do solvente. Essa diferença estrutural determina fundamentalmente as propriedades mecânicas da liga.

The distinction between substitutional and interstitial solid solutions is fundamental to physical metallurgy and alloy design. The type of solid solution that forms is primarily governed by the relative sizes of the solute and solvent atoms. Substitutional alloys typically form when the atomic radii of the two elements are within about 15% of each other, a guideline known as the Hume-Rothery size-factor rule. When a solute atom replaces a solvent atom, it introduces localized lattice strain, which impedes dislocation motion and thus increases the material’s strength and hardness, but often reduces its ductility. Examples include brass (zinc in copper) and bronze (tin in copper).

As ligas intersticiais, por outro lado, formam-se quando os átomos do soluto são significativamente menores que os átomos do solvente, permitindo-lhes ocupar os sítios intersticiais na rede cristalina sem deslocar um átomo do solvente. Átomos intersticiais comuns são hidrogênio, boro, carbono e nitrogênio. A presença desses átomos causa uma distorção significativa da rede cristalina, o que proporciona um mecanismo muito eficaz para bloquear o movimento de discordâncias, levando a um aumento substancial na dureza e resistência. O exemplo mais proeminente é o aço, onde os átomos de carbono ocupam sítios intersticiais na rede do ferro. A quantidade de carbono e sua localização, que podem ser controladas por tratamento térmico, determinam as propriedades finais do aço, desde aços dúcteis de baixo carbono até aços duros e quebradiços de alto carbono.

UNESCO Nomenclature: 3308
Metalurgia

Tipo

Princípio Físico

Interrupção

Fundamentais

Uso

Uso generalizado

Precursores

  • teoria atômica de John Dalton
  • Descoberta de estruturas cristalinas por difração de raios X por William Henry Bragg e William Lawrence Bragg
  • Conceitos básicos de misturas e soluções químicas
  • primeiros estudos metalográficos de microestruturas metálicas

Aplicações

  • projeto de aços de alta resistência (carbono intersticial no ferro)
  • Criação de latão resistente à corrosão (substituição de zinco no cobre)
  • Desenvolvimento da prata esterlina para maior durabilidade (substituição do cobre na prata)
  • Formulação de elementos de aquecimento de nicromo (níquel e cromo substitutivos)

Patentes:

NA

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Relacionado a: liga substitucional, liga intersticial, rede cristalina, solução sólida, soluto, solvente, metalurgia, arranjo atômico, deformação da rede, aço.

Contexto histórico

Arranjo Atômico em Ligas

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1903-05-10
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1920
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1903
1906
1910
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1920
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(Caso a data seja desconhecida ou irrelevante, por exemplo, "mecânica dos fluidos", é fornecida uma estimativa aproximada de seu surgimento notável)

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