Descreva a influência da temperatura sobre o comportamento mecânico de metais, polímeros e cerâmicas. Explique como o módulo de elasticidade, a ductilidade e a resistência à tração variam com a elevação da temperatura.
Passo 1
O enunciado pede para descrever como a variação de temperatura afeta o comportamento mecânico de metais, polímeros e cerâmicas, especificamente em relação ao módulo de elasticidade, à ductilidade e à resistência à tração. Para isso, vamos recorrer aos mecanismos internos de deformação (dislocações em metais, transições vítreas em polímeros e ligação iônica/covalente em cerâmicas) e ver como a energia térmica altera esses mecanismos.
Passo 2
Para os metais, a elevação de temperatura aumenta a energia térmica dos átomos e favorece a movimentação de dislocações. Como consequência:
- O módulo de elasticidade
sofre leve redução com a temperatura devido à dilatação térmica e à maior amplitude de vibração atômica (efeito anharmônico). - A resistência ao escoamento e à tração diminui porque as dislocações vencem mais facilmente as barreiras cristalinas.
- A ductilidade aumenta, pois a matéria-prima pode acomodar deformações maiores antes de fraturar, já que o material “amolece” termicamente.
Passo 3
Nos polímeros, o comportamento é dominado pela transição vítrea
e pelo ponto de fusão
(em polímeros semicristalinos):
- Para
, a cadeia está em estado vítreo: alto módulo de elasticidade, baixa ductilidade (quebram de forma frágil) e alta resistência ao impacto. - Para
, fica na região borrachosa: o módulo cai drasticamente (várias ordens de magnitude), a ductilidade aumenta muito e a resistência à tração diminui. - Para
(se aplicável), ocorre fusão ou escoamento viscoso, o que inviabiliza qualquer resistência mecânica sólida.
Passo 4
Nas cerâmicas, as ligações iônicas e covalentes são rígidas e limitam a mobilidade de defeitos:
- O módulo de elasticidade diminui muito pouco com a temperatura, já que a estrutura cristalina continua rígida.
- A resistência à tração cai com o aumento de temperatura devido à propagação mais fácil de trincas e ao início de fenômenos de fluência (creep) em altas temperaturas.
- A ductilidade permanece baixa em toda a faixa prática, pois não há mecanismos de plasticidade volumosa; a fratura continua predominantemente frágil.
Passo 5
Em termos gerais, ao elevar a temperatura:
- Todos os materiais apresentam redução do módulo de elasticidade, mas em polímeros ela é drástica perto de
, e em cerâmicas é quase desprezível. - A resistência à tração tende a diminuir em todas as três classes, sendo mais acentuada em polímeros e metais do que em cerâmicas até o ponto de fratura.
- A ductilidade aumenta em metais e, principalmente, em polímeros acima de
, enquanto as cerâmicas continuam frágeis.
Resposta
Metais: com o aumento de temperatura, o módulo de elasticidade
reduz-se levemente por dilatação térmica, a resistência ao escoamento e à tração diminui devido à maior mobilidade de dislocações e a ductilidade aumenta.
Polímeros: abaixo de têm alto
, baixa ductilidade e alta resistência; entre
e
o módulo cai drasticamente, a ductilidade cresce muito e a resistência cai; acima de
ocorre fusão ou fluxo viscoso.
Cerâmicas: o módulo de elasticidade apresenta pequena queda com a temperatura, a resistência à tração diminui pela facilidade de propagação de trincas e início de fluência, e a ductilidade permanece baixa (fratura frágil).
Polímeros: abaixo de
Cerâmicas: o módulo de elasticidade apresenta pequena queda com a temperatura, a resistência à tração diminui pela facilidade de propagação de trincas e início de fluência, e a ductilidade permanece baixa (fratura frágil).