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 \sigma_y pode ser relacionada à densidade de discordâncias \rho por
\Delta\sigma \;=\;\alpha\,G\,b\,\sqrt{\rho},
onde \alpha é constante adimensional, G é o módulo de cisalhamento e b o vetor de Burgers.

Passo 3

Endurecimento por deformação (ou encruamento)
Ao deformar plasticamente o metal, a densidade de discordâncias \rho aumenta. Essas discordâncias formam “emaranhados” que se cruzam e bloqueiam mutuamente o seu movimento. Quanto maior \rho, maior \Delta\sigma 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.

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
\Delta\sigma \;\propto\; c^{2/3},
onde c 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
\sigma_y \;=\;\sigma_0 \;+\;k\,d^{-1/2},
onde d é o diâmetro médio de grão e k o fator de endurecimento de grão. Quanto menor d, mais impedimentos por volume, e maior a resistência.

Resposta

  1. Endurecimento por deformação (encruamento): aumenta a densidade de discordâncias \rho que se emaranham e bloqueiam o seu próprio movimento.
  2. 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.
  3. 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.

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