Por que o aço dúctil apresenta patamar de escoamento e o aço frágil não apresenta, se todos dois são formados pelo mesmo material?

Passo 1

O enunciado pergunta por que o aço dúctil exibe o chamado patamar de escoamento no diagrama tensão–deformação, enquanto o aço frágil não o apresenta, apesar de ambos serem feitos de ferro-carbono. O conteúdo envolve comportamento mecânico de materiais metálicos, em especial o fenômeno de escoamento plástico e a influência da microestrutura (movimento de discordâncias e átomos intersticiais).

Passo 2

Para entender o patamar de escoamento, lembramos o comportamento típico num ensaio de tração: inicialmente, sob carregamento, há deformação elástica até a tensão de escoamento \sigma_y. Logo após atingir \sigma_y, em certos aços de baixo carbono aparece um trecho quase horizontal no gráfico \sigma versus \varepsilon, onde a tensão se mantém praticamente constante enquanto as deformações plásticas aumentam — é o patamar de escoamento.
Esse patamar decorre do mecanismo de travamento de discordâncias por átomos intersticiais (carbono e nitrogênio). No aço bem recozido e de baixo teor de carbono (aço dúctil), as discordâncias ficam “ancoradas” por uma atmosfera de Cottrell. Para liberar essas discordâncias é preciso manter quase a mesma tensão, e, enquanto elas se desprendem em massa, a tensão permanece constante, gerando o platô.

Passo 3

Já no aço de alta resistência (frequentemente martensítico, perlítico fino ou endurecido), a microestrutura apresenta grande densidade de discordâncias e o carbono encontra-se mais disperso ou retido em carbonetos, de modo que não se forma uma ancoragem macroscópica uniforme. As discordâncias fluem de forma contínua, sem o efeito de “desprendimento coletivo”, e por isso a curva tensão–deformação sobe sem patamar, exibindo um escoamento suave ou sem ponto de escoamento bem definido.

Passo 4

Portanto, a diferença não está na composição química básica (ambos são ferro-carbono), mas no tratamento térmico e na microestrutura resultante: o aço dúctil tem estrutura ferrítica com átomos intersticiais livres que criam o travamento e o patamar; o aço frágil tem microestrutura refinada ou endurecida que impede esse travamento coletivo, eliminando o patamar.

Resposta

O patamar de escoamento aparece quando há travamento de discordâncias por átomos intersticiais (atmosfera de Cottrell) em aços de baixo carbono e bem recozidos (aço dúctil). No aço frágil, de alta resistência ou com microestrutura martensítica/perlítica fina, o carbono está retido de forma a não prender coletivamente as discordâncias, de modo que o escoamento ocorre de forma contínua e sem o patamar.

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