Enumere os principais fatores que influem na temperatura de transição dúctil-frágil nos materiais metálicos.
Passo 1
Beleza, o exercício quer que a gente liste os principais fatores que afetam a temperatura de transição dúctil-frágil (DBTT) em metais. Isso é um tópico de Ciência dos Materiais / Mecânica da Fratura. Para resolver, vamos lembrar um pouquinho da teoria de fratura em metais (Hall-Petch, tensão de clivagem, fatores de concentração de tensão etc.) e ver como cada um desses itens “puxa” a DBTT pra cima ou pra baixo.
Passo 2
Fator 1 – microestrutura e tamanho de grão
Teoria básica: grãos menores dificultam a movimentação de discordâncias e deixam o metal mais resistente, o que normalmente reduz a DBTT (torna ele mais dúctil mesmo em temperaturas mais baixas). É a clássica relação de Hall-Petch:
Teoria básica: grãos menores dificultam a movimentação de discordâncias e deixam o metal mais resistente, o que normalmente reduz a DBTT (torna ele mais dúctil mesmo em temperaturas mais baixas). É a clássica relação de Hall-Petch:
onde
é o diâmetro médio de grão. Grão fino →
maior → mais energia absorvida antes da fratura → DBTT menor.
Passo 3
Fator 2 – composição química e impurezas
Impurezas e segregação de elementos de liga nos contornos de grão aumentam o estresse para iniciar um “clivagem” cristalina. A tensão de clivagem (ou fratura frágil) pode ser estimada por
Impurezas e segregação de elementos de liga nos contornos de grão aumentam o estresse para iniciar um “clivagem” cristalina. A tensão de clivagem (ou fratura frágil) pode ser estimada por
onde
é o módulo de Young,
a energia de superfície de fratura e
um tamanho representativo de defeito. Mais impureza → defeitos maiores e mais tensões concentradas →
cai → material fica frágil em temperaturas mais altas → DBTT sobe.
Passo 4
Fator 3 – concentração de tensão (entalhes e geometria da amostra)
Qualquer entalhe ou furo gera um “fator de concentração” :
Qualquer entalhe ou furo gera um “fator de concentração”
Maior
→ pico de tensão local mais alto → fratura frágil antecipada → DBTT aumenta.
Passo 5
Fator 4 – velocidade de carregamento (strain rate)
Se você aplica carga bem rápido, o material não tem tempo de redistribuir tensões por plasticidade, então tende a fraturar de modo mais frágil. Logo, aumento da taxa de carregamento desloca a DBTT para temperaturas mais altas.
Se você aplica carga bem rápido, o material não tem tempo de redistribuir tensões por plasticidade, então tende a fraturar de modo mais frágil. Logo, aumento da taxa de carregamento desloca a DBTT para temperaturas mais altas.
Passo 6
Fator 5 – orientação cristalina e anisotropia
Metais polcristalinos têm várias orientações de grão. Se as direções de clivagem mais frágeis estiverem preferencialmente alinhadas, a DBTT sobe. Em materiais com texturas variadas (mais isotrópicos), a DBTT costuma ser mais baixa.
Metais polcristalinos têm várias orientações de grão. Se as direções de clivagem mais frágeis estiverem preferencialmente alinhadas, a DBTT sobe. Em materiais com texturas variadas (mais isotrópicos), a DBTT costuma ser mais baixa.
Resposta
Os principais fatores que influem na temperatura de transição dúctil-frágil em metais são:
- Microestrutura e tamanho de grão (Hall-Petch).
- Composição química e impurezas (segregação nos contornos, tensão de clivagem
). - Concentração de tensão / entalhes (fator
). - Velocidade de carregamento (strain rate).
- Orientação cristalina e anisotropia.