3- Descreva os 3 principais mecanismos de aumento de resistência mecânica para os metais monofásicos. Destaque a importância das discordâncias nestes mecanismos.
Passo 1
O enunciado pede para descrever os três mecanismos principais de aumento de resistência mecânica em metais monofásicos e destacar qual o papel das discordâncias (ou dislocações) em cada um. O conteúdo é de metalurgia física, mais especificamente de endurecimento mecânico por impedimento do movimento de dislocações.
Passo 2
Antes de tudo, vale lembrar que a deformação plástica em metais é controlada pelo movimento de discordâncias. Qualquer mecanismo de aumento de resistência busca dificultar esse movimento. A tensão de escoamento
pode ser relacionada à densidade de discordâncias
por
onde
é constante adimensional,
é o módulo de cisalhamento e
o vetor de Burgers.
Passo 3
Endurecimento por deformação (ou encruamento)
Ao deformar plasticamente o metal, a densidade de discordâncias aumenta. Essas discordâncias formam “emaranhados” que se cruzam e bloqueiam mutuamente o seu movimento. Quanto maior
, maior
segundo a expressão acima, e portanto maior a resistência. Esse mecanismo é especialmente eficaz em metais puros e se intensifica com o aumento do grau de deformação a frio.
Ao deformar plasticamente o metal, a densidade de discordâncias
Passo 4
Endurecimento por solução sólida
Quando átomos de soluto entram na rede cristalina do metal hospedeiro, eles criam tensões locais devido à diferença de tamanho atômico e módulo elástico. As discordâncias, que também são regiões de tensões, interagem com essas distorções:
– Se o soluto gera tensão de compressão, atrai discordâncias em regiões de tração, e vice-versa.
– Esse “pinning” de discordações requer uma tensão extra para que elas contornem ou rompam o campo de tensões do soluto.
A dependência aproximada é
Quando átomos de soluto entram na rede cristalina do metal hospedeiro, eles criam tensões locais devido à diferença de tamanho atômico e módulo elástico. As discordâncias, que também são regiões de tensões, interagem com essas distorções:
– Se o soluto gera tensão de compressão, atrai discordâncias em regiões de tração, e vice-versa.
– Esse “pinning” de discordações requer uma tensão extra para que elas contornem ou rompam o campo de tensões do soluto.
A dependência aproximada é
onde
é a fração molar de soluto.
Passo 5
Endurecimento por controle do tamanho de grão (efeito Hall–Petch)
Os contornos de grão são regiões de rede desordenada que impedem que discordâncias percorram o cristal livremente. As discordâncias se acumulam (pile-up) junto ao contorno, gerando um campo de tensões que, em última instância, obriga o contorno a “ceder” apenas a tensões maiores. A relação clássica é
Os contornos de grão são regiões de rede desordenada que impedem que discordâncias percorram o cristal livremente. As discordâncias se acumulam (pile-up) junto ao contorno, gerando um campo de tensões que, em última instância, obriga o contorno a “ceder” apenas a tensões maiores. A relação clássica é
onde
é o diâmetro médio de grão e
o fator de endurecimento de grão. Quanto menor
, mais impedimentos por volume, e maior a resistência.
Resposta
- Endurecimento por deformação (encruamento): aumenta a densidade de discordâncias
que se emaranham e bloqueiam o seu próprio movimento. - Endurecimento por solução sólida: átomos de soluto criam campos de tensões que interagem com discordações, exigindo tensão adicional para que as dislocações ultrapassem esses obstáculos.
- Endurecimento por grão fino (Hall–Petch): contornos de grão impedem o avanço de discordações, gerando acumulações (pile-ups) e elevando a tensão necessária para continuar a deformação.