13- Descreva os mecanismos envolvidos na fluência, destacando os seus três estágios?

Passo 1

O enunciado pede para entender o fenômeno de fluência (creep) em materiais submetidos a tensão constante e temperatura elevada, descrevendo quais são os mecanismos responsáveis pela deformação ao longo do tempo e destacando os três estágios clássicos desse processo (primário, secundário e terciário). Vamos usar conceitos de movimento de discordâncias, difusão de vacâncias e cavitação intergranular.

Passo 2

Fluência é a deformação plástica lenta e contínua que um material sofre sob uma tensão constante σ e temperatura relativamente alta. Em geral representamos a deformação total como \epsilon(t) e a sua taxa instantânea de fluência como
\dot\epsilon = \frac{d\epsilon}{dt}.
Os principais mecanismos elementares envolvidos são:
  1. Movimento e acúmulo de discordâncias (slip);
  2. Recuperação dinâmica por difusão de vacâncias (Nabarro–Herring no volume, Coble nos contornos de grão);
  3. Deslizamento ao longo de contornos de grão e nucleação de cavidades.

Passo 3

Estágio I – fase primária ou transient creep
Nesse estágio inicial a taxa \dot\epsilon é alta e decresce com o tempo. O motivo é que, logo que aplicamos σ, há rápida geração e movimento de discordâncias, causando grande deformação. À medida que essas discordâncias se acumulam formam emaranhados (encruamento), que oferecem maior resistência ao deslizamento. Simultaneamente, começa a ocorrer recuperação dinâmica: vacâncias difundem localmente e recombinam discordâncias. O balanço entre endurecimento (acúmulo) e recuperação (difusão) faz a taxa \dot\epsilon cair até atingir um valor quase constante.

Passo 4

Estágio II – fase secundária ou steady-state creep
Aqui a taxa de fluência atinge aproximadamente um valor constante, \dot\epsilon_{\rm ss}. Esse regime estacionário ocorre quando o encruamento por movimento de discordâncias fica em equilíbrio com a recuperação por difusão de vacâncias. Ou seja, a geração de obstáculos às discordâncias (endereçamento) e a remoção desses obstáculos (anisotropia de vacâncias) se compensam. Em temperaturas elevadas há maior participação dos mecanismos de difusão Nabarro–Herring (difusão no interior dos grãos) e Coble (difusão ao longo de contornos), além do deslizamento controlado de discordâncias.

Passo 5

Estágio III – fase terciária ou aceleração de fluência
Quando a fluência já se prolongou, começam a se formar cavidades intergranulares e microtrincas devido à concentração de tensões nos contornos de grão. Essas microcavidades coalescem, ocorre estricção local e dano microscópico. O resultado é que a seção resistente efetiva do metal diminui e a taxa \dot\epsilon passa a aumentar rapidamente até a ruptura. Nesse ponto, a deformação acelerada é dominada por cavitação, deslizamento intergranular e fratura viscosa.

Resposta

Estágio I (primário): taxa de fluência decrescente por encruamento de discordâncias compensado por recuperação difusiva.
Estágio II (secundário): taxa de fluência quase constante, equilíbrio entre encruamento e recuperação (mecanismos de difusão de vacâncias e deslizamento de discordâncias).
Estágio III (terciário): aceleração da fluência devido à nucleação e crescimento de cavidades intergranulares, deslizamento de contornos de grão e estricção até a fratura.

Exercícios relacionados