Exercício 18: Do ponto de vista atômico, explique o comportamento elástico e a deformação plástica a qual um metal pode apresentar sobre tração. Desenhe uma curva Tensão vs. Deformação típica.
Passo 1
O enunciado pede que a gente explique, do ponto de vista atômico, o comportamento elástico (reversível) e o comportamento plástico (irreversível) de um metal sob tração, e em seguida desenhe uma curva típica de tensão (
) versus deformação (
). Para isso vamos usar conceitos de teoria de redes cristalinas, ligações atômicas como “molinha” e o papel das discordâncias na deformação plástica.
Passo 2
Na região elástica, aplicamos uma força de tração suficientemente pequena para não romper a estrutura cristalina. Nesse regime cada átomo sofre um pequeno deslocamento em torno de sua posição de equilíbrio, como se as ligações interatômicas fossem molas. Ao retirar a carga, essas “molas” voltam ao comprimento original. Macroscopicamente isso obedece à Lei de Hooke:
onde
é o módulo de elasticidade do metal.
Passo 3
Quando a tensão ultrapassa o limite de escoamento (
), começa a deformação plástica. Nesse ponto as discordâncias (defeitos unidimensionais na rede cristalina) se movem ao longo de planos cristalográficos sob ação da tensão cortante. Esse movimento provoca deslocamentos permanentes entre planos atômicos. Com o aumento da tensão, surgem novas discordâncias e há encruamento, aumentando temporariamente a resistência até o escoamento final.
Passo 4
Macrosscopicamente a tração de um metal exibe as seguintes etapas na curva
vs
:
- Região elástica (proporcionalidade até
). - Ponto de escoamento: início da deformação plástica.
- Encruamento: tensão continua a subir até atingir o valor máximo
. - Estricção (necking): redução de seção na amostra e queda da tensão até a fratura.
Resposta
Veja abaixo um esquema ASCII de uma curva típica de tensão (
) versus deformação (
):
|
| \(\bullet\) C (\(\sigma_{\mathrm{UTS}}\))
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\(\bullet\) A─────\(\bullet\) B
\(0,\varepsilon_{\mathrm{\gamma}}\) \(\varepsilon\)
Legenda:
A: início ( )
B: limite de proporcionalidade (~ ,
) – fim da região elástica
C: tensão de pico ( ) – fim do encruamento
Após C inicia a estricção até fratura (não representada).
A: início (
B: limite de proporcionalidade (~
C: tensão de pico (
Após C inicia a estricção até fratura (não representada).