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.
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:
onde
é a temperatura absoluta do ensaio (em K) e
é a temperatura de fusão (em K). Explicação: um mesmo valor de
tem efeito diferente em ferro e chumbo;
normaliza isso. Em provas, falar em faixas de
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
onde:
-
é a taxa de deformação por fluência (sinalética: “quanto rápido deforma”), -
é uma constante que depende do mecanismo e microestrutura, -
é a tensão aplicada, -
é o expoente de tensão (indica o controle por deslizamento/dislocação ou por difusão), -
é a energia de ativação do mecanismo, -
é a constante dos gases e -
é a temperatura absoluta (K).\n
Como regra prática: se experimentalmenteestá indicando um mecanismo controlado por difusão (taxa proporcional à tensão); se é grande ( a ) 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:
, - temperatura intermediária:
(às vezes estendido até ), - alta temperatura:
(ou dependendo da fonte).\n
Agora vamos ver, passo a passo, quais mecanismos dominam em cada faixa e por quê.
Passo 5
Faixa baixa:
. 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:
(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
com tipicamente entre e . 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
alto). - Observáveis experimentais: se medindo
em função de obtém-se 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:
(regime difusional e de contorno de grão). O que acontece e por que.
- Mecanismos possíveis e como diferenciá‑los:
- Difusão por volume — Nabarro–Herring (NH): átomos difundem através do reticulado (lattice diffusion). Taxa característica:
onde é coeficiente de difusão no volume, é módulo de cisalhamento e é o tamanho médio de grão. Dependência típica: (proporcional a ) e dependência de . - Difusão ao longo de contornos — Coble: difusão ao longo dos contornos de grão domina quando os grãos são finos. Taxa característica:
onde é a difusividade no contorno de grão. Dependência: também e forte dependência em . - 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.
- Superplasticidade: em metais com grãos muito finos (
muito pequeno, tipicamente ) e em alto (por exemplo – ), combinações de grain-boundary sliding e acomodação por difusão permitem grandes alongamentos (>100%).
- Difusão por volume — Nabarro–Herring (NH): átomos difundem através do reticulado (lattice diffusion). Taxa característica:
- 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
(medir ); forte dependência do tamanho de grão indica Coble (poder de ) ou Nabarro–Herring (poder de ). 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
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):
- calcule
; - veja se
, ou ; - meça (ou estime) o expoente de tensão
e verifique dependência com tamanho de grão : (difusão), – (discordâncias); dependência → Nabarro–Herring, → Coble; - 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.