Explique a diferença entre deformação elástica e deformação plástica. Quais fenômenos microestruturais estão associados a cada tipo de deformação? Dê exemplos de materiais que se comportam majoritariamente de forma elástica e outros que se deformam plasticamente.
Passo 1
O enunciado pede para distinguirmos dois regimes de deformação em sólidos: a deformação elástica (reversível) e a deformação plástica (permanente). O conteúdo está em Mecânica dos Materiais/Física do Estado Sólido, e vamos precisar entender o comportamento no diagrama tensão–deformação
–
e os fenômenos microestruturais (principalmente o papel das discordâncias em metais cristalinos, e o estiramento de ligações atômicas em sólidos amorfos ou cerâmicos).
Passo 2
Deformação elástica é aquela em que, ao remover a carga, o material retorna exatamente à forma original. No regime elástico linear vale a lei de Hooke:
onde
é a tensão,
a deformação e
o módulo de elasticidade. Microestruturalmente, ocorre apenas estiramento e compressão das ligações atômicas ao redor dos pontos de equilíbrio; em cristais, as discordâncias não se movem de forma significativa, e não há geração de defeitos permanentes.
Passo 3
Deformação plástica aparece quando a tensão ultrapassa o limite de escoamento
do material. Nesse regime, a deformação não é mais reversível: ao descarregar, fica uma deformação remanescente. Em metais cristalinos, esse comportamento resulta do movimento de discordâncias ao longo de planos cristalográficos (escorregamento), multiplicação de discordâncias e sua interação, levando a encruamento. Em materiais HCP pode ocorrer também maclagem (twinning). Em polímeros e cerâmicos dúcteis podem surgir cavidades, trincas intermoleculares e reorganização de segmentos de cadeia, mas sempre gerando defeitos irreversíveis.
Passo 4
Exemplos de materiais que se comportam majoritariamente de forma elástica até a fratura:
- Vidros e cerâmicas (por serem frágeis, quebram antes de escoar plasticamente).
- Diamante e alguns polímeros amorfos a baixas temperaturas (comportamento elástico-linear amplo).
Exemplos de materiais que apresentam grande deformação plástica antes da fratura: - Metais dúcteis como aço carbono, alumínio, cobre e suas ligas (escorregamento de discordâncias).
- Alguns polímeros termoplásticos como polietileno de alta densidade (dobra e escoamento).
Resposta
A deformação elástica é reversível e decorre do estiramento das ligações atômicas sem movimento permanente de discordâncias; seu comportamento é linear
até o limite elástico. A deformação plástica é irreversível e advém do movimento e multiplicação de discordâncias (em cristais) ou de defeitos permanentes em materiais amorfos, resultando em escoamento e encruamento. Materiais frágeis como cerâmicas e vidros mostram quase só comportamento elástico, enquanto metais dúcteis (aço, alumínio, cobre) e polímeros termoplásticos deformam-se plasticamente antes de fraturar.