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 -100^{\circ} \mathrm{C}. 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 \mathrm{E}(\mathrm{J})- Temp.: Ambiente \mathrm{E}(\mathrm{J})- Temp.: -100^{\circ} \mathrm{C}
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:
\begin{array}{lcc} \text{Material} & E\text{ (J) — Temp.: ambiente} & E\text{ (J) — Temp.: }-100^\circ\text{C} \\\ A & 200 & 20 \\\ B & 400 & 380 \\\ C & 30 & 25 \end{array}
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 E (em joules) que uma amostra absorve até fraturar quando recebe um golpe. Quanto maior E, mais “tenaz/ductil” é o material naquele estado; quanto menor E, 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 \mathbf{12} 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.

Passo 4

Cálculo numérico simples das variações entre ambiente e -100^\circ\text{C} (valor retirado da tabela):
  • Para A: E_{\text{amb}}=200, E_{-100}=20. Queda absoluta =200-20=180. Queda percentual:
\frac{200-20}{200}\times 100\% = 90\%.
  • Para B: E_{\text{amb}}=400, E_{-100}=380. Queda absoluta =20. Queda percentual:
\frac{400-380}{400}\times 100\% = 5\%.
  • Para C: E_{\text{amb}}=30, E_{-100}=25. Queda absoluta =5. Queda percentual:
\frac{30-25}{30}\times 100\% \approx 16{,}7\%.
Interpretação prática dessas porcentagens: uma redução muito grande ( \sim90\%) indica forte transição frágil–dúctil; uma redução pequena ( \sim5\%) indica comportamento ductil estável; valores baixos de E em ambos os casos (como 30 e 25 J) indicam material relativamente frágil em ambas as temperaturas.

Passo 5

Associação das características numéricas às estruturas/ materiais (explicando o raciocínio):
  • Linha B: E_{\text{amb}}=400 e E_{-100}=380 — energia muito alta em ambas as temperaturas e pouca variação ( 5\% 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 B seja o níquel (CFC).
  • Linha A: E_{\text{amb}}=200 e E_{-100}=20 — queda enorme ( 90\%). 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 A é coerente com ser o aço ao carbono (CCC).
  • Linha C: E_{\text{amb}}=30 e E_{-100}=25 — 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 C 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 B); BCC/CCC = sensível à temperatura → queda grande da tenacidade ao resfriar (atribuição a A); HCP = menos sistemas de deslizamento → tenacidade baixa já à temperatura ambiente (atribuição a C).
  • 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).

Exercícios relacionados