Qual o efeito da precipitação de carbonetos nas propriedades mecânicas do aço? Para uma mesma fração de carbonetos precipitada, é mais interessante termos partículas maiores (grosseiras) ou menores (finas) de carboneto? Explique.

Passo 1

O enunciado pergunta sobre o efeito da precipitação de carbonetos nas propriedades mecânicas do aço e, mantendo constante a fração volumétrica f de carbonetos, se é mais vantajoso ter partículas de carbeto maiores (raio R alto) ou menores (raio R baixo). O conteúdo aqui é a solid-solution hardening por precipitação e o mecanismo de reforço tipo Orowan, que relaciona tamanho, espaçamento de partículas e aumento de tensão de escoamento.

Passo 2

Quando carbonetos precipitam no aço eles atuam como obstáculos ao movimento de discordâncias. Isso provoca:
1. Aumento da resistência à tração e do limite de escoamento (maior dureza).
2. Redução da ductilidade e da tenacidade, pois menos discordâncias conseguem atravessar a matriz.
Esse reforço por precipitação pode ser tratado pelo modelo de Orowan, em que a tensão de escoamento adicional De<asigma é inversamente proporcional ao espaçamento lambda entre partículas:
De<asigma ;propto; Gblambda,
sendo G módulo de cisalhamento e b o vetor de Burgers.

Passo 3

Para uma fração volumétrica fixa f de precipitados temos
f = tfrac43pi R^3Nv,
onde Nv é a densidade numérica de partículas e R o raio médio. Logo,
Nv ;propto; fR^3 Longrightarrow lambda sim Nv^-1/3 ;propto; R
Substituindo em Orowan vemos que
De<asigma ;propto; 1lambda ;propto; 1R
Ou seja, quanto menores as partículas (menor R), menor é o espaçamento lambda e maior o aumento de tensão de escoamento.

Resposta

Para uma mesma fração de carbonetos precipitada, é muito mais interessante ter partículas finas (menores), pois elas reduzem o espaçamento entre obstáculos e proporcionam um reforço por precipitação (aumento de limite de escoamento e dureza) muito maior do que partículas grosseiras.

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