Um ensaio de impacto está sendo realizado em peças de Ti (metal HC ), peças de níquel (CFC) e aços ao C (CCC). Os resultados foram obtidos à temperatura ambiente e a
. Porém, o técnico misturou os dados e não sabe a qual material pertencem os dados obtidos. É possível fazer essa correlação a partir dos dados mostrados na tabela? Explique a resposta dada.
Tabela com dados do ensaio de impacto
Material
Temp.: Ambiente
Temp.:
A
200
20
B
400
380
C
30
25
| Material |
|
|
| A | 200 | 20 |
| B | 400 | 380 |
| C | 30 | 25 |
Passo 1
O enunciado pergunta se é possível correlacionar os três conjuntos de resultados de um ensaio de impacto (energia absorvida) com os três materiais: titânio (metal HC), níquel (CFC) e aços ao carbono (CCC). Os dados fornecidos na tabela (peguei estes valores da tabela enviada) são:
Pergunta implícita: com base nesses números, é possível dizer qual linha (A, B, C) corresponde a qual material (Ti — HC, Ni — CFC, aço ao C — CCC)? Nenhuma outra informação (tratamento, impurezas etc.) foi fornecida.
Passo 2
O que mede um ensaio de impacto (Charpy, por exemplo) e como interpretar os números. Vou explicar devagar e de forma prática:
- O ensaio mede a energia
(em joules) que uma amostra absorve até fraturar quando recebe um golpe. Quanto maior , mais “tenaz/ductil” é o material naquele estado; quanto menor , mais “frágil/brittle” é. - Fratura dúctil: o material se deforma plasticamente antes de quebrar; isso absorve muita energia. Fratura frágil: quase sem deformação plástica; absorve pouca energia.
- A temperatura influencia muito a capacidade de escorregar dos planos cristalinos (o movimento por deslizamento) e, portanto, influencia se a fratura será dúctil ou frágil. Alguns materiais têm uma transição frágil–dúctil forte ao abaixar a temperatura, outros não.
Passo 3
Relação entre estrutura cristalina, sistemas de deslizamento e comportamento à temperatura (explicação didática):
- Um metal se deforma plasticamente por movimento de discordâncias em “sistemas de deslizamento” (planos + direções). Quanto mais sistemas possíveis, mais fácil o metal se deforma e mais dúctil tende a ser, mesmo a temperaturas baixas.
- Estruturas comuns:
- CFC (cúbica de faces centradas, como o níquel): tem muitos sistemas de deslizamento ativos (tipicamente
sistemas), portanto mantém boa ductilidade mesmo em temperaturas baixas — não apresenta forte transição frágil–dúctil. Logo espera-se energia de impacto alta e pouco sensível à temperatura. - CCC / BCC (cúbica de corpo centrado, como muitos aços ferríticos): tem sistemas de deslizamento que são mais sensíveis à temperatura; em temperaturas baixas o movimento de discordâncias fica muito mais difícil e aparece uma transição frágil–dúctil — grande queda da energia absorvida ao resfriar.
- HC / HCP (hexagonal compacta, como o titânio alfa): tem menos sistemas de deslizamento cristalino disponíveis em certas temperaturas, portanto costuma ser menos dúctil que um FCC; pode apresentar energias de impacto relativamente baixas já à temperatura ambiente e não necessariamente um salto grande com a queda de temperatura (já é relativamente “frágil”/pouco plástico comparado ao FCC).
Essa explicação é qualitativa, mas é o que geralmente usamos para inferir comportamento de impacto a partir da estrutura cristalina.
- CFC (cúbica de faces centradas, como o níquel): tem muitos sistemas de deslizamento ativos (tipicamente
Passo 4
Cálculo numérico simples das variações entre ambiente e
(valor retirado da tabela):
- Para
: , . Queda absoluta . Queda percentual:
- Para
: , . Queda absoluta . Queda percentual:
- Para
: , . Queda absoluta . Queda percentual:
Interpretação prática dessas porcentagens: uma redução muito grande (
) indica forte transição frágil–dúctil; uma redução pequena (
) indica comportamento ductil estável; valores baixos de
em ambos os casos (como
e
J) indicam material relativamente frágil em ambas as temperaturas.
Passo 5
Associação das características numéricas às estruturas/ materiais (explicando o raciocínio):
- Linha
: e — energia muito alta em ambas as temperaturas e pouca variação ( de queda). Isso é característico de um metal com grande capacidade de deformação plástica mesmo a baixas temperaturas — ou seja, um metal CFC. Portanto faz muito sentido que seja o níquel (CFC). - Linha
: e — queda enorme ( ). Esse comportamento é típico de materiais que apresentam transição dúctil–frágil quando resfriados, exatamente o que ocorre com muitos aços ferríticos (CCC/BCD) — aços ao carbono com estrutura CCC tendem a perder tenacidade em temperaturas baixas. Logo é coerente com ser o aço ao carbono (CCC). - Linha
: e — energias muito baixas em ambas as temperaturas e uma queda moderada. Isto aponta para um material que já é relativamente “pouco dúctil” à temperatura ambiente e que não sofre uma mudança dramática quando resfriado — comportamento compatível com um metal HC (HCP) como o titânio (na forma que aqui se considera). Portanto se alinha bem com o titânio (HC).
Passo 6
Resumo do raciocínio e observações finais (empurrãozinho amigo):
- Resumindo o raciocínio: FCC = muitas rotas para deformação → energia alta e pouco sensível à temperatura (atribuição a
); BCC/CCC = sensível à temperatura → queda grande da tenacidade ao resfriar (atribuição a ); HCP = menos sistemas de deslizamento → tenacidade baixa já à temperatura ambiente (atribuição a ). - Observação importante e honesta: na prática fatores como microestrutura (têmpera, revenimento), impurezas, tratamento térmico e ligas mudam muito os números. Mas o enunciado pede uma correlação com base nos dados fornecidos e nas estruturas cristalinas típicas — e com essa hipótese a associação é consistente.
Resposta
A: aço ao carbono (CCC).
B: níquel (CFC).
C: titânio (HC).
B: níquel (CFC).
C: titânio (HC).