Considerando o conceito de densidade de discordâncias em um material metálico, explique justificando:
a)
o efeito do tamanho de grão de um material metálico na sua resistência à deformação permanente.
b)
efeito do trabalho a frio e do trabalho a quente para a conformação plástica do material.
a)
b)
Passo 1
O enunciado pede para relacionar o conceito de densidade de discordâncias com dois aspectos da conformação plástica de metais:
a) como o tamanho de grão afeta a resistência à deformação permanente,
b) como o trabalho a frio e a quente alteram o comportamento do material.
a) como o tamanho de grão afeta a resistência à deformação permanente,
b) como o trabalho a frio e a quente alteram o comportamento do material.
Passo 2
Discordâncias são defeitos lineares no retículo cristalino que permitem a deformação plástica. Quanto maior a densidade de discordâncias, mais difícil fica o movimento dessas discordâncias, pois elas se bloqueiam mutuamente. Isso aumenta a resistência ao escoamento do metal.
Passo 3
As bordas de grão atuam como barreiras ao deslocamento de discordâncias. A relação de Hall–Petch quantifica esse efeito por
onde
é tensão de escoamento,
é tensão intrínseca do cristal livre de barreiras,
é uma constante do material e
é o tamanho médio do grão. Grãos menores (
menor) implicam
maior, elevando
.
Passo 4
Portanto, ao reduzir o tamanho de grão aumenta-se o número de bordas de grão por volume, criando mais obstáculos ao movimento de discordâncias. Isso eleva a resistência à deformação permanente (maior dureza e limite de escoamento).
Passo 5
No trabalho a frio (conformação a temperaturas abaixo da recristalização), o metal é plastificado gerando muitas discordâncias que se emaranham. A densidade de discordâncias sobe, dificultando novo deslizamento, o que causa encruamento (endurecimento) e aumento da resistência, mas reduz ductilidade.
Passo 6
No trabalho a quente (temperatura acima da recristalização), além de movimento plástico, ocorre recuperação e recristalização dinâmica: as discordâncias se reorganizam ou aniquilam formando novos grãos livres de defeitos. A densidade de discordâncias permanece baixa, mantendo boa ductilidade e permitindo grandes deformações sem encruamento excessivo.
Resposta
a) Diminuir o tamanho de grão eleva o número de bordas de grão, que bloqueiam discordâncias, aumentando o limite de escoamento segundo a lei de Hall–Petch.
b) Trabalho a frio aumenta densidade de discordâncias e causa encruamento (↑ resistência, ↓ ductilidade); trabalho a quente promove recuperação/recristalização (↓ densidade de discordâncias), facilitando deformação com boa ductilidade.
b) Trabalho a frio aumenta densidade de discordâncias e causa encruamento (↑ resistência, ↓ ductilidade); trabalho a quente promove recuperação/recristalização (↓ densidade de discordâncias), facilitando deformação com boa ductilidade.