Explique como o mecanismo de solubilização e precipitação promove o aumento de resistência mecânica de ligas de alumínio.
Passo 1
Então, o exercício pede para a gente explicar como a combinação de solubilização (tratamento solubilizante) e precipitação (envelhecimento) faz a liga de alumínio ficar mais resistente mecanicamente. Isso cai dentro de “Tratamentos Térmicos e Mecanismos de Endurecimento de Ligas Metálicas”. Para resolver, a gente vai precisar entender:
- O que é tratamento solubilizante (quente, acima da linha de solvus) e por que a gente resfria rápido (têmpera).
- O que é envelhecimento (aging) — natural ou artificial — e como os precipitados se formam.
- Como esses precipitados atrapalham o movimento de discordâncias e aumentam a tensão de escoamento.
Passo 2
Tratamento de solubilização:
– A gente aquece a liga de alumínio até uma temperatura T₁ que fica acima da linha de solvus do diagrama de fases. Isso faz com que todos os átomos do elemento de liga (por exemplo, Cu em Al-Cu) se dissolvam na matriz de alumínio, formando uma solução sólida homogênea.
– Em linguagem de diagrama de fases, você passa para a região “única fase (α)”.
– A gente aquece a liga de alumínio até uma temperatura T₁ que fica acima da linha de solvus do diagrama de fases. Isso faz com que todos os átomos do elemento de liga (por exemplo, Cu em Al-Cu) se dissolvam na matriz de alumínio, formando uma solução sólida homogênea.
– Em linguagem de diagrama de fases, você passa para a região “única fase (α)”.
Passo 3
Têmpera (resfriamento rápido):
– Depois, resfriamos rápido (por exemplo, em água). Assim, não dá tempo dos átomos de ligante saírem da solução sólida. A gente “aprisiona” uma solução sólida supersaturada de átomos em temperatura ambiente.
– Esse estado supersaturado é instável: os átomos querem se reagrupar em precipitados, mas ainda não fizeram isso porque foi rápido demais.
– Depois, resfriamos rápido (por exemplo, em água). Assim, não dá tempo dos átomos de ligante saírem da solução sólida. A gente “aprisiona” uma solução sólida supersaturada de átomos em temperatura ambiente.
– Esse estado supersaturado é instável: os átomos querem se reagrupar em precipitados, mas ainda não fizeram isso porque foi rápido demais.
Passo 4
Envelhecimento (precipitação):
– Em temperatura ambiente (envelhecimento natural) ou em T₂ < T₁ (envelhecimento artificial), esses átomos supersaturados começam a nuclear e crescer formando partículas muito pequenas (precipitados) no interior do grão.
– Primeiro surgem precipitados mais solúveis (GP zones), depois fases mais estáveis (θ″, θ′, θ em Al-Cu).
– Em temperatura ambiente (envelhecimento natural) ou em T₂ < T₁ (envelhecimento artificial), esses átomos supersaturados começam a nuclear e crescer formando partículas muito pequenas (precipitados) no interior do grão.
– Primeiro surgem precipitados mais solúveis (GP zones), depois fases mais estáveis (θ″, θ′, θ em Al-Cu).
Passo 5
Como esses precipitados endurecem a liga:
– Os precipitados são obstáculos para o movimento das discordâncias (deslocamentos atômicos que causam deformação plástica).
– Para passar por eles, a discordância tem duas opções:
– Os precipitados são obstáculos para o movimento das discordâncias (deslocamentos atômicos que causam deformação plástica).
– Para passar por eles, a discordância tem duas opções:
- Cortar (cut) precipitados muito pequenos e coerentes.
- Desviar-se ao redor via mecanismo de Orowan (looping).
– Em ambos os casos, a tensão crítica de escoamento σ₀ aumenta. De modo simplificado, dá para dizer:
onde
G = módulo de cisalhamento,
b = vetor de Burgers (tamanho do deslocamento),
L = espaçamento médio entre precipitados,
k = constante.
G = módulo de cisalhamento,
b = vetor de Burgers (tamanho do deslocamento),
L = espaçamento médio entre precipitados,
k = constante.
Passo 6
Resumindo o efeito conjunto:
- Solubilização + têmpera → solução sólida supersaturada (muitos solutos “escondidos” no Al).
- Envelhecimento → precipitados finos e distribuídos uniformemente.
- Discordâncias esbarram nesses precipitados → precisam de tensão maior para deformar.
- Resultado: liga de alumínio mais dura e resistente (maior tensão de escoamento e limite de resistência).
Resposta
O tratamento de solubilização cria uma solução sólida supersaturada, e o envelhecimento faz nascer precipitados finos que bloqueiam as discordâncias. Quanto mais numerosos e bem distribuídos esses precipitados, maior a tensão exigida para a deformação, elevando assim a resistência mecânica da liga de alumínio.