No ensaio de tração o principal mecanismo envolvido na deformação plástica é o deslizamento de discordância. Quando realizamos ensaios de fluência são envolvidos outros mecanismos que variam com a temperatura e a tensão. Correlacione os mecanismos envolvidos na deformação por fluência com a temperatura de ensaio.

Passo 1

O que o enunciado pede: correlacionar os mecanismos envolvidos na deformação por fluência com a temperatura de ensaio. Ou seja, dizer quais mecanismos são dominantes em faixas de temperatura e como eles dependem de outras variáveis relevantes (tensão, tamanho de grão, etc.).\n
Informações relevantes (implícitas na pergunta): mecanismos típicos de fluência incluem difusão (Nabarro–Herring e Coble), deslizamento e movimento de discordâncias (glide + climb), deslizamento de contorno de grão (grain boundary sliding), mecanismos especiais como Harper–Dorn e superplasticidade. Também é importante usar a temperatura relativa ao ponto de fusão do material (temperatura homóloga). Não há figura nem dados numéricos específicos no enunciado.

Passo 2

Definição útil e por que usar: temperatura homóloga. Para comparar metais diferentes usamos a temperatura em relação à temperatura de fusão do material, chamada temperatura homóloga:
T_h=\frac{T}{T_m},
onde \;T\; é a temperatura absoluta do ensaio (em K) e \;T_m\; é a temperatura de fusão (em K). Explicação: um mesmo valor de T tem efeito diferente em ferro e chumbo; T_h normaliza isso. Em provas, falar em faixas de T_h é a forma padrão de correlacionar mecanismos.

Passo 3

Lei geral da taxa de fluência e o parâmetro que nos ajuda a identificar mecanismos. Uma forma empírica muito usada é
\dot{\varepsilon}=A\,\sigma^{\,n}\,\exp\!\left(-\frac{Q}{R\,T}\right),
onde:
  • \dot{\varepsilon} é a taxa de deformação por fluência (sinalética: “quanto rápido deforma”),
  • A é uma constante que depende do mecanismo e microestrutura,
  • \sigma é a tensão aplicada,
  • n é o expoente de tensão (indica o controle por deslizamento/dislocação ou por difusão),
  • Q é a energia de ativação do mecanismo,
  • R é a constante dos gases e
  • T é a temperatura absoluta (K).\n
    Como regra prática: se experimentalmente n\approx 1 está indicando um mecanismo controlado por difusão (taxa proporcional à tensão); se n é grande ( n\approx 3 a 8) indica mecanismo controlado por movimento de discordâncias (climb/control por deslizamento). Essa observação será usada para distinguir mecanismos.

Passo 4

Resumo das faixas de temperatura homóloga que usamos frequentemente (valores empíricos e fáceis de decorar em prova):
  • temperatura baixa: \;T_h<0,4\;,
  • temperatura intermediária: \;0,4\le T_h\le0,6\; (às vezes estendido até \;0,7\;),
  • alta temperatura: \;T_h>0,6\; (ou \;>0,7\; dependendo da fonte).\n
    Agora vamos ver, passo a passo, quais mecanismos dominam em cada faixa e por quê.

Passo 5

Faixa baixa: \;T_h<0,4\;. O que acontece e por que.
  • Mecanismo dominante: deslizamento de discordâncias (slip) e endurecimento por interação de discordâncias. Em ensaio de tração típico a baixa temperatura a deformação plástica é controlada por movimento de discordâncias através do reticulado cristalino.
  • Por que: difusão é muito lenta a essas temperaturas; os mecanismos termicamente ativados de climb das discordâncias são muito reduzidos. Logo o material recebe deformação plástica por glide (deslizamento) e mobilidade de discordância limitada.
  • Comportamento da taxa: a fluência é muito pequena; a queda de resistência com tempo é pouco significativa (fluência quase nula em escalas de tempo de prova).
  • Como identificar na prova: curvas tensão–tempo mostram pouca taxa de fluência; comportamento controlado por tensão de escoamento, não por coeficientes de difusão.

Passo 6

Faixa intermediária: \;0,4\le T_h\le0,6\; (zona de transição). O que acontece e por que.
  • Mecanismo dominante: fluência controlada por movimento de discordâncias com climb assistido por difusão → chamado de power-law creep (creep de lei de potência).
  • Características: a taxa de deformação segue aproximadamente \dot{\varepsilon}\propto \sigma^{\,n} com n tipicamente entre \;3 e \;8. Aqui o glide ainda importa, mas as discordâncias precisam subir/descender (climb) para contornar obstáculo, e o climb é termicamente ativado (dependente de difusão).
  • Dependência do tamanho de grão: menos sensível que nas soluções de difusão pura; a taxa depende fortemente da tensão (expoente n alto).
  • Observáveis experimentais: se medindo \dot{\varepsilon} em função de \sigma obtém-se n grande → indica controle por discordâncias. Tipicamente é a faixa que dá fluência significativa em muitos metais de engenharia (aço, níquel, ligas de alta temperatura) antes de chegar ao regime difusional.

Passo 7

Alta temperatura: \;T_h>0,6\; (regime difusional e de contorno de grão). O que acontece e por que.
  • Mecanismos possíveis e como diferenciá‑los:
    1. Difusão por volume — Nabarro–Herring (NH): átomos difundem através do reticulado (lattice diffusion). Taxa característica: \dot{\varepsilon}_{NH}\;\propto\;\frac{D_L\,\sigma}{G\,d^{2}},onde D_L é coeficiente de difusão no volume, G é módulo de cisalhamento e d é o tamanho médio de grão. Dependência típica: n\approx 1 (proporcional a \sigma) e dependência de d^{-2}.
    2. Difusão ao longo de contornos — Coble: difusão ao longo dos contornos de grão domina quando os grãos são finos. Taxa característica: \dot{\varepsilon}_{C}\;\propto\;\frac{D_{gb}\,\sigma}{G\,d^{3}},onde D_{gb} é a difusividade no contorno de grão. Dependência: também n\approx 1 e forte dependência em d^{-3}.
    3. Grain boundary sliding (deslizamento de contorno de grão): os contornos de grão deslizam uns sobre os outros; precisa de mecanismos de acomodação (difusão ou dislocações) para evitar cavitação. Importante em materiais com grão fino a temperaturas elevadas.
    4. Superplasticidade: em metais com grãos muito finos ( d muito pequeno, tipicamente \lesssim 10\\ \mu\text{m}) e em T_h alto (por exemplo \sim 0,5 0,7), combinações de grain-boundary sliding e acomodação por difusão permitem grandes alongamentos (>100%).
  • Por que: a difusão é rápida a altas temperaturas; assim fluxos atômicos controlam o rearranjo necessário à deformação sob baixa tensão.
  • Como identificar: taxa de fluência proporcional à \sigma (medir n\approx 1); forte dependência do tamanho de grão indica Coble (poder de -3) ou Nabarro–Herring (poder de -2). Se comportamento mostra grande alongamento com grãos muito finos → pensar em superplasticidade.

Passo 8

Casos especiais e dependência da tensão (contexto prático para prova).
  • Harper–Dorn creep: observado em metais puros a temperaturas relativamente altas mas sob tensões muito baixas; comportamento com n\approx 1 e pequenas taxas, energia de ativação próxima à difusão; é um regime raro em ligas, mas possível em metais puros muito limpos.
  • Alto nível de tensão: mesmo em temperaturas elevadas, se a tensão for grande, os mecanismos controlados por discordâncias (power‑law creep) podem persistir porque as discordâncias são geradas e o climb domina.
  • Regime terciário de fluência: quando ocorre cavitação ou aceleração da taxa por danos (ex.: nucleação de vazios em contornos de grão), fim da fluência estacionária — importante em projeto, mas é consequência de mecanismos ativos, não um mecanismo “novo” independente.

Passo 9

Como responder em prova, passo a passo prático (receita rápida):
  1. calcule T_h=\dfrac{T}{T_m};
  2. veja se \;T_h<0,4, \;0,4\le T_h\le0,6 ou \;T_h>0,6;
  3. meça (ou estime) o expoente de tensão n e verifique dependência com tamanho de grão d: n\approx1 (difusão), n\approx3 8 (discordâncias); dependência d^{-2} → Nabarro–Herring, d^{-3} → Coble;
  4. apresente a resposta nomeando o mecanismo dominante e mencionando papel da tensão e do tamanho de grão (duas linhas curtas). Isso fica bonito e seguro em prova.

Resposta

T_h<0,4: deslizamento de discordâncias (glide) e deformação plástica convencional; fluência desprezível em escalas de ensaio; mecanismo controlado por movimento de discordâncias (alto n).\n
0,4\le T_h\le0,6: creep por movimento de discordâncias com climb (power‑law creep); \dot{\varepsilon}\propto\sigma^{\,n} com n\approx 3 8; dependência forte da tensão, menor sensibilidade ao tamanho de grão.\n
T_h>0,6: mecanismos controlados por difusão e contorno de grão: Nabarro–Herring (difusão de volume, \dot{\varepsilon}\propto D_L\sigma/d^{2}, n\approx1), Coble (difusão por contorno, \dot{\varepsilon}\propto D_{gb}\sigma/d^{3}, n\approx1), grain‑boundary sliding e, para grãos muito finos e T_h alto, superplasticidade; em tensões muito baixas também pode aparecer Harper–Dorn ( n\approx1).

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