15-Defina transição dúctil-frágil. Quais materiais estão mais susceptíveis a este fenômeno e por quê?

Passo 1

O enunciado pede que a gente defina o que é a transição dúctil-frágil e identifique quais materiais têm maior probabilidade de passar por esse fenômeno, explicando o porquê. O conteúdo está em mecânica da fratura e comportamento mecânico de metais em função da temperatura (Teoria da fratura e estrutura cristalina).

Passo 2

Antes de falar da transição, vale entender os dois regimes de fratura:
– Na fratura dúctil o material sofre deformação plástica antes de romper, formando cavidades internas (microvoids) que coalescem até a falha.
– Na fratura frágil o material praticamente não se deforma plasticamente e rompe abruptamente por clivagem ao longo de planos cristalinos.

Passo 3

A transição dúctil-frágil é a mudança do modo de fratura de dúctil para frágil quando a temperatura diminui (ou quando a taxa de carregamento aumenta). Graficamente, aparece como uma queda brusca na tenacidade à fratura ao atravessar certa temperatura de transição T_t. Acima de T_t o metal fratura de forma dúctil; abaixo, torna-se frágil.

Passo 4

Os materiais mais susceptíveis são aqueles de estrutura cristalina cúbica de corpo centrado (BCC), em especial aços ferríticos (baixo carbono) e chapas de aço estruturais. Também alguns ferros fundidos brancos e ligas BCC de titânio e cromo apresentam comportamento semelhante.

Passo 5

O motivo principal é que, nas redes BCC, a densidade de planos e direções de escorregamento disponíveis é menor, e a energia de ativação para a mobilidade de discordâncias aumenta conforme a temperatura cai. Com isso, abaixo de T_t a deformação plástica fica muito dificultada, favorecendo a clivagem e a fratura frágil.

Resposta

A transição dúctil-frágil é o fenômeno em que um material muda de fraturar de forma dúctil (altas deformações plásticas) para frágil (quase sem deformação) ao diminuir a temperatura (ou aumentar a velocidade de carregamento). Os materiais mais afetados são metais com estrutura BCC, como aços ferríticos de baixo carbono, porque em baixas temperaturas a mobilidade de discordâncias nessas redes cristalinas fica muito reduzida, tornando a fratura por clivagem predominante.

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