Com base nos seus conhecimentos sobre estrutura cristalina dos materiais, cite duas formas de modificar as propriedades mecânicas dos materiais e explique o mecanismo de cada item citado.
Passo 1
Beleza, o exercício pede pra gente usar o que sabemos sobre estrutura cristalina pra apontar duas maneiras de mudar as propriedades mecânicas de um material e explicar como cada uma age. Aqui a matéria é “mecanismos de endurecimento em materiais cristalinos” e, pra resolver, a gente vai precisar de noções de:
- Discordâncias (defeitos lineares na rede)
- Como átomos de soluto ou contornos de grão interferem no movimento dessas discordâncias
Passo 2
Primeira forma: solid solution strengthening (endurecimento por solução sólida)
- O que é? É quando você adiciona átomos de um elemento “X” (soluto) dentro da rede cristalina de outro “A” (solvente).
- Mecanismo na prática:
- Os átomos de soluto geralmente têm tamanho diferente dos do solvente. Isso distorce localmente a rede e cria regiões de tensão.
- Discordâncias, que são as falhas responsáveis pela deformação plástica, ao passarem por essas regiões distorcidas, encontram uma “barreira” extra.
- Por que endurece?
- A interação entre a discordância e o campo de tensões criado pelos átomos soluto aumenta a força necessária para mover a discordância.
- Quanto maior a concentração de soluto, mais distorções e mais difícil fica a movimentação.
- Fórmula de exemplo (parâmetro de desajuste):
Quanto maior, maior o endurecimento.
Passo 3
Segunda forma: grain boundary strengthening (endurecimento por refino de grão ou efeito Hall–Petch)
- O que é grão? É uma região do cristal onde todos os planos atômicos estão alinhados do mesmo jeito. Entre dois grãos, rola um contorno que atrapalha movimento de discordâncias.
- Mecanismo na prática:
- Discordâncias se movem dentro de um grão, mas, ao chegar no contorno, precisam “virar a esquina” para entrar no grão vizinho. Isso exige energia extra.
- Se os grãos são menores, você tem mais contornos por volume, então o caminho livre médio de uma discordância fica menor.
- Por que endurece?
- Quanto menor o tamanho de grão
, mais difícil é a movimentação em massa de discordações.
- Quanto menor o tamanho de grão
- Relação de Hall–Petch:
ondeé a tensão de escoamento, é a tensão base e é uma constante do material.
Resposta
As duas formas de modificar propriedades mecânicas são:
a) Endurecimento por solução sólida – adiciona-se átomos de soluto que distorcem a rede e bloqueiam o movimento de discordações.
b) Endurecimento por refino de grão (Hall–Petch) – reduz-se o tamanho de grão, criando mais contornos que dificultam o deslizamento de discordações.
a) Endurecimento por solução sólida – adiciona-se átomos de soluto que distorcem a rede e bloqueiam o movimento de discordações.
b) Endurecimento por refino de grão (Hall–Petch) – reduz-se o tamanho de grão, criando mais contornos que dificultam o deslizamento de discordações.