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Escola de Engenharia de São Carlos
 
Engenharia de Materiais
 
Disciplina: SMM0565 - Tópicos em Difração para a Análise de Materiais de Engenharia
Topics Diffraction for the Analysis of Engineering Materials

Créditos Aula: 2
Créditos Trabalho: 2
Carga Horária Total: 90 h
Tipo: Semestral
Ativação: 15/07/2024 Desativação:

Objetivos
Ao final do curso o aluno deverá ter adquirido as seguintes competências específicas (C) sobre o uso de métodos de difração de raios-x em laboratório e com luz sincrotron, assim como de difração de nêutrons na caracterização de materiais aplicados em engenharia:
C1. Compreender e aplicar a teoria de difração de raios-x em laboratório e com luz sincrotron, assim como a difração de nêutrons;
C2. Adquirir conhecimentos sobre a difração de raios-x e de nêutrons para a caracterização microestrutural quantitativa e a análise de tensões residuais e textura cristalográfica nos materiais cristalinos e semi-cristalinos de engenharia, de modo a possibilitar ao aluno a execução e a 
aplicação dos métodos de análise de maneira autônoma.
C3. Adquirir conhecimentos sobre o método de refinamento Rietveld aplicado a materiais de engenharia.

Para alcançar as competências (C) listadas acima, o aluno deverá desenvolver
as seguintes habilidades (H):
H1. Estudar a teoria de difração de raios-x em laboratório e com luz sincrotron, assim como a difração de nêutrons;H2. Estudar os métodos de caracterização de materiais de engenharia, usando a difração de raios-x em laboratório e com luz sincrotron, e a difração de nêutrons.
H3. Utilizar amostras, peças e componentes de engenharia para a caracterização microestrutural quantitativa, bem como para a análise de tensões residuais e de textura cristalográfica usando a difração de raios-x em laboratório.
H4. Desenvolver habilidades de pesquisa para investigar e resolver problemas em engenharia de materiais usando métodos de difração de raios-X e nêutrons.
 
At the end of the course, the student must have acquired the following specific skills (C) on the use of x-ray diffraction methods in the laboratory and with synchrotron light, as well as neutron diffraction in the characterization of materials applied in engineering: C1. Understand and apply the theory of x-ray diffraction in the laboratory and with synchrotron light, as well as neutron diffraction; C2. Acquire knowledge about x-ray and neutron diffraction for quantitative microstructural characterization and analysis of residual stresses and crystallographic texture in crystalline and semi-crystalline engineering materials, in order to enable the student to carry out and apply analysis methods autonomously. C3. Acquire knowledge about the Rietveld refinement method applied to engineering materials. To achieve the competencies (C) listed above, the student must develop the following skills (H): H1. Study the theory of x-ray diffraction in the laboratory and with synchrotron light, as well as neutron diffraction; H2. Study methods for characterizing engineering materials, using x-ray diffraction in the laboratory and with synchrotron light, and neutron diffraction. H3. Use samples, parts and engineering components for quantitative microstructural characterization, as well as for the analysis of residual stresses and crystallographic texture using x-ray diffraction in the laboratory. H4. Develop research skills to investigate and solve problems in materials engineering using X-ray and neutron diffraction methods.
 
 
Docente(s) Responsável(eis)
6931500 - Haroldo Cavalcanti Pinto
 
Programa Resumido
1. Produção e propriedades dos raios-X, luz sincrotron e nêutrons;
2. Teoria cinemática de difração;
3. Lei de Bragg;
4. Instrumentação e geometrias na difração de raios-X em laboratório e
com luz síncrotron, bem como com nêutrons;
5. Análise quantitativa de fase e microestrutura via refinamento
Rietveld;
6. Análise de tensões residuais;
7. Análise de textura cristalográfica.
 
1. Production and properties of X-rays, synchrotron light and neutrons; 2. Kinematic theory of diffraction; 3. Bragg's Law; 4. Instrumentation and geometries in X-ray diffraction in the laboratory and with synchrotron light, as well as with neutrons; 5. Quantitative analysis of phase and microstructure via Rietveld refinement; 6. Residual stress analysis; 7. Crystallographic texture analysis.
 
 
Programa
1. Produção e propriedades dos raios-X, luz sincrotron e nêutrons;
2. Teoria cinemática de difração;
3. Lei de Bragg;
4. Instrumentação e geometrias na difração de raios-X em laboratório e com luz síncrotron, bem como com nêutrons;
5. Análise quantitativa de fase e microestrutura via refinamento Rietveld
6. Análise de tensões residuais (definições, método de sen2psi, constantes elásticas de difração, incidência rasante, análise de filmes finos e gradientes de tensão residual e influência da textura
cristalográfica, exemplos);
7. Análise de textura cristalográfica (definições, medição de figuras de polo, cálculo e determinação das ODFs, figura de polo inversa, exemplos);
8. Práticas laboratoriais sobre as análises de fase e microestrutura, de tensões residuais e de textura cristalográfica usando a difração de raios-X aplicada a amostras, peças e componentes de engenharia.
 
1. Production and properties of X-rays, synchrotron light and neutrons; 2. Kinematic theory of diffraction; 3. Bragg's Law; 4. Instrumentation and geometries in X-ray diffraction in the laboratory and with synchrotron light, as well as with neutrons; 5. Quantitative phase and microstructure analysis via Rietveld refinement 6. Residual stress analysis (definitions, sin2psi method, elastic diffraction constants, grazing incidence, analysis of thin films and residual stress gradients and influence of crystallographic texture, examples); 7. Crystallographic texture analysis (definitions, measurement of pole figures, calculation and determination of ODFs, inverse pole figure, examples); 8. Laboratory practices on phase and microstructure analysis, residual stresses and crystallographic texture using X-ray diffraction applied to samples, parts and engineering components.
 
 
Avaliação
     
Método
Cada habilidade (H) será avaliada baseada em metodologias ativas como segue: H1: Sala de aula invertida com a apresentação de seminários em grupo; H2: Aprendizagem entre pares com entrega de trabalhos; H3: Aprendizagem baseada em problema e estudo de caso com entrega de relatório. H4: Avaliações escritas e/ou orais.
Critério
Média ponderada das avaliações escritas e/ou orais, trabalhos, relatórios e seminários igual ou superior a 5,0 para aprovação: MF = 0,6x Nota avaliação + 0,4x Nota (seminários, relatórios e trabalhos).
Norma de Recuperação
Os critérios de avaliação da recuperação devem ser similares aos aplicados durante o semestre regular do oferecimento da disciplina; 1) A nota final (MF) do aluno que realizou provas de recuperação dependerá da média do semestre (MS) e da média das provas de recuperação (MR), como segue: d) MF=5 se 5 ≤MR ≤ (10 - MS); e) MF = (MS + MR) / 2 se MR > (10 – MS) f) MF = MS se MR < 5. 2) O período de recuperação das disciplinas deve se estender do início até um mês antes do final do semestre subsequente ao da reprovação do aluno em primeira avaliação.
 
Bibliografia
     
1. Reimers, W.; Pyzalla, A. R.; Schreyer, A.; Clemens, H., “Neutrons and Synchrotron Radiation in Engineering Materials Science”, WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 2008.
2. CULLITY B.D.; STOCK S.R. “Elements of X-Ray Diffraction”, Addison-Wesley Publishing Company, London, 2014.
3. KLUG H.P.; ALEXANDER L.E. "X-Ray Diffraction Procedures for Polycrystalline and Amorphous Materials", Wiley, New York.
4. Olaf Engler, “Introduction to Texture Analysis: Macrotexture, Microtexture, and Orientation Mapping”, Crc Pr Inc, 2009.
5. Viktor Hauk, “Structural and Residual Stress Analysis by Nondestructive Methods: Evaluation - Application - Assessment: Evaluation, Application, Assessment”, Saunders Ltd., 1997.
6. Alain Lodini, M. E. Fitzpatrick, “Analysis of Residual Stress by Diffraction Using Neutron and Synchrotron Radiation”, Routledge Chapman & Hall, 2003.
7. Mario Birkholz, “Thin Film Analysis by X-Ray Scattering: Techniques for Structural Characterization”, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 2005.
8. Guenter Gottstein, Physical Foundations of Materials Science, 2010.
9. Georg Will, Powder Diffraction: The Rietveld Method and the Two Stage Method to Determine and Refine Crystal Structures from Powder Diffraction Data, 2006.
 

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