4-. Considere duas ligas de aço comum A e B, com teor de C de
., sendo que a liga A contém Si e Al e a liga B não contém esses elementos. A partir dessas informações esboce as curvas que seriam obtidas a partir de um ensaio de impacto realizado em diferentes temperaturas e justifique esses esboços.
Passo 1
O enunciado pede que eu esboce (faça mentalmente/descrição) as curvas de um ensaio de impacto (tipo Charpy) feitas em diferentes temperaturas para duas ligas de aço comum, e que eu justifique esses esboços. As informações dadas são:
- Ambas as ligas têm teor de carbono igual a
em massa. - Liga A contém silício (
) e alumínio ( ). - Liga B não contém
nem . - Queremos as curvas de energia absorvida no impacto em função da temperatura e a justificativa física para as diferenças entre A e B.
Passo 2
O que normalmente se mede no ensaio de impacto (Charpy) e como é a curva típica:
- O eixo vertical representa a energia absorvida no impacto, que vou chamar de
. - O eixo horizontal é a temperatura do ensaio, que vou chamar de
. - Para a maioria dos aços ao carbono aparece uma curva em “S”: em baixas temperaturas
é pequeno (prateleira inferior, fratura frágil), ao aumentar ocorre uma transição rápida para valores maiores de (região de transição frágeis → dúcteis) e, em temperaturas altas, atinge uma prateleira superior (regime dúctil). - Definições úteis:
- Temperatura de transição por referência:
(Ductile–Brittle Transition Temperature) — uma temperatura indicativa em que a energia passa de baixo para alto. - Energia de prateleira superior:
— valor de em temperaturas altas. - Energia de prateleira inferior:
— valor de em temperaturas muito baixas.
- Temperatura de transição por referência:
Passo 3
Por que a curva tem essa forma (mecanismos de fratura) — aula curta e prática:
- Em baixas temperaturas a fratura é predominantemente por clivagem (brittle cleavage): pequenos trincos crescem por planos cristalográficos, com pouca deformação plástica. Resultado:
baixo. - Em altas temperaturas a fratura é por microvazios e coalescência (ductile failure): há muita deformação plástica antes da fratura, logo
alto. - O que move a curva (muda
, , )? - Resistência/limite do material: aumentar a resistência (endurecimento por solução sólida, por exemplo) tende a reduzir tenacidade e empurrar
para temperaturas mais altas. - Tamanho de grão: grão mais fino aumenta tenacidade e desloca
para temperaturas mais baixas; grão mais grosseiro faz o oposto. - Inclusões e sujeiras: inclusões não metálicas favorecem nucleação de trincas e aumentam fragilidade (pioram
e aumentam ). - Microestrutura (fração ferrita/pearlita): mais perlita (mais dura) tende a aumentar fragilidade relativa; mais ferrita arredondada e fina tende a melhorar tenacidade.
- Resistência/limite do material: aumentar a resistência (endurecimento por solução sólida, por exemplo) tende a reduzir tenacidade e empurrar
- Regra prática para prova: elementos que aumentam resistência por solução sólida (ex.: certas porcentagens de
, , etc.) geralmente reduzem tenacidade; elementos que refinam grão ou limpam o aço (desoxidantes que evitam inclusões internas) podem melhorar tenacidade.
Passo 4
Efeitos específicos de
e
relevantes para o problema (explicado passo a passo):
-
: - Atua como soluto em ferrita e aumenta a resistência por solução sólida.
- Tendência: eleva a resistência do aço e pode reduzir a tenacidade, deslocando
para temperaturas mais altas e reduzindo (ou seja, piora o comportamento em baixas temperaturas).
-
: - É usado como desoxidante (remove O formando óxidos) e forma nitretos (
) que podem atuar como nucleantes e controlar crescimento de grão (efeito de refinamento de grão quando bem controlado). - Efeito prático: limpeza do aço (menos inclusões) tende a melhorar tenacidade; refinamento de grão tende a baixar
(melhor comportamento em baixa temperatura).
- É usado como desoxidante (remove O formando óxidos) e forma nitretos (
- Combinação
: - Temos dois efeitos concorrentes:
tende a aumentar resistência e reduzir tenacidade; tende a melhorar tenacidade via limpeza e possível refino de grão. - Em aços comerciais com pequenas adições, o efeito de aumento de resistência por
costuma dominar a tendência de piora da tenacidade, enquanto o papel do como limpador pode atenuar esse efeito, mas raramente reverte completamente o efeito do endurecimento de solução sólida quando o teor de é significativo.
- Temos dois efeitos concorrentes:
- Conclusão prática (regra que uso para justificar o esboço): liga A (com
e ) terá, em regra, uma tenacidade global um pouco menor em baixas temperaturas que B — isto é, a curva de A ficará deslocada para temperaturas mais altas (maior ) e com igual ou ligeiramente menor que B. A liga B, sendo “mais simples” (sem , sem ), tende a apresentar melhor tenacidade na faixa inferior de temperatura e, portanto, um menor.
Passo 5
Desenho esquemático e notação matemática das diferenças (descrição do esboço):
- Tanto A quanto B apresentam curvas em “S” de
versus . - Para a liga B: curva deslocada para a esquerda (melhor comportamento a baixas temperaturas), com
menor e maior ou igual. - Para a liga A: curva também em “S”, mas deslocada para a direita (pior comportamento em baixas temperaturas), com
e . - Escrevo as relações chave em forma simples:
-
. -
.
-
- Interpretação física curta: em temperaturas baixas a liga A absorverá menos energia (mais propensa a fratura frágil) porque o efeito endurecedor de
domina; a presença de melhora um pouco a limpeza e pode atenuar, mas não é suficiente para deixar A mais tenaz que B em geral.
Passo 6
Observações finais, dicas para prova e notas de cautela (para você usar como checklist rápido):
- Se o enunciado desse teores específicos de
e , ou dissesse que foi usado apenas como menor que , a conclusão poderia mudar — sempre identificar se o efeito dominante é endurecimento por solução sólida ou limpeza/refino de grão. - Regra rápida para prova: se o elemento aumenta resistência por solução sólida (ou cria fases duras), espere pior tenacidade e DBTT mais alto; se o elemento limpa o aço ou refina grão de forma eficaz, espere melhora de tenacidade e DBTT mais baixo.
- ânimo: com esse raciocínio passo a passo você consegue justificar um esboço qualitativo sem precisar de números exatos — e é isso que a prova costuma pedir.
Resposta
Liga A (contendo
e
): curva em “S” típica do Charpy deslocada para a direita, com
e energia absorvida menor em baixas temperaturas;
igual ou ligeiramente menor que o de B.
Liga B (sem nem
): curva em “S” deslocada para a esquerda, com
e maior tenacidade a baixas temperaturas (maior
na região de transição e possivelmente maior
).
Liga B (sem