Descreva o mecanismo gerador de discordâncias proposto por Frank-Read e Orawan.
Passo 1
O enunciado pede para descrever o mecanismo de geração de discordâncias por meio de uma “fonte” proposta de forma independente por Frank–Read e por Orowan. Esse conteúdo faz parte da teoria de discordâncias em materiais cristalinos e envolve conceitos como vetor de Burgers (
), módulo de cisalhamento (
), tensões de cisalhamento e a forma como uma discordância fixa entre dois pontos pode gerar novos laços de discordação sob carga.
Passo 2
Imagine uma discordância reta de comprimento
que está “presa” em dois pontos (por precipitados, imperfeições ou contornos de grão) e só pode deslizar num plano de escorregamento. Ao aplicar uma tensão de cisalhamento
nesse plano, cada ponto da discordância sofre um esforço de empurrar que tende a arqueá-la formando um arco circular. Esse arco cresce à medida que
aumenta, pois o trabalho da tensão vence a autoenergia elástica da discordância.
Passo 3
Quando a tensão chega a um valor crítico
o arco atinge geometria semicircular e o esforço de auto-retração da discordância passa a ser menor que o empuxo da carga. A partir desse ponto o laço se expande livremente saindo dos pontos de ancoragem, até formar um círculo completo de discordância. Essa expansão libera o segmento original, que retorna à posição inicial preso nos dois pontos, pronto para gerar um novo laço quando a carga continuar agindo.
Passo 4
O mecanismo proposto por Orowan é essencialmente o mesmo descrito acima, tendo ele também deduzido a condição de equilíbrio entre o empuxo da tensão externa e a tensão para curvar a discordância. Frank–Read e Orowan mostraram como esse ciclo de arqueamento e liberação contínua multiplica discordâncias e leva à deformação plástica, pois cada laço recém-formado desliza depois e contribui para a macla plástica do cristal.
Resposta
O mecanismo de Frank–Read (e de Orowan) consiste em uma discordância reta presa entre dois pontos em um plano de escorregamento. Sob ação de uma tensão de cisalhamento
, essa discordância arqueia, forma um laço completo de discordância e o solta, mantendo o segmento original pronto para gerar novos laços em ciclos subsequentes. A condição crítica para iniciar esse fenômeno é
onde
é o módulo de cisalhamento,
o vetor de Burgers e
a distância entre pontos de ancoragem. Esse processo multiplica discordâncias e explica grande parte da deformação plástica em materiais cristalinos.