Explique como o movimento de discordâncias atua no aumento de resistência dos metais.
Passo 1
O enunciado pede para entender como a movimentação de discordâncias (linhas de defeito cristalino) interfere na resistência mecânica dos metais. O conteúdo envolve teoria de discordâncias, encruamento por deformação plástica e mecanismos de impedimento de movimento de discordâncias. Para resolver, precisamos:
– Definir o que é uma discordância e como ela se move sob tensão aplicada.
– Mostrar como a interação entre discordâncias e com obstáculos eleva a tensão de escoamento.
– Exemplificar os obstáculos mais comuns (outras discordâncias, átomos em solução sólida, precipitados, limites de grão).
– Definir o que é uma discordância e como ela se move sob tensão aplicada.
– Mostrar como a interação entre discordâncias e com obstáculos eleva a tensão de escoamento.
– Exemplificar os obstáculos mais comuns (outras discordâncias, átomos em solução sólida, precipitados, limites de grão).
Passo 2
Uma discordância é um defeito unidimensional no retículo cristalino que permite plastificação com tensões muito menores do que a teoria sem defeitos prevê. Sob uma tensão de cisalhamento
, uma discordância se desloca ao longo de um plano cristalino, gerando deformação plástica local. Quanto mais fácil for esse movimento, menor será a resistência do metal.
Passo 3
Quando deformamos plasticamente um metal, o número de discordâncias livres
cresce. Essas discordâncias formam uma “floresta” que impede o movimento umas das outras:
é a expressão de Taylor para a tensão de escoamento, onde
é um fator de interação,
o módulo de cisalhamento e
o vetor de Burgers. Ou seja, quanto maior
, maior
necessária para continuar a plastificação (encruamento).
Passo 4
Além da auto-interação, há outros obstáculos:
• Átomos em solução sólida causam tensões locais que pinam discordâncias (solid solution hardening).
• Partículas precipitadas fazem as discordâncias terem de contorná-las ou cortá-las (precipitation hardening).
• Limites de grão obrigam as discordâncias a trocar de sistema de escorregamento (Hall–Petch):
• Átomos em solução sólida causam tensões locais que pinam discordâncias (solid solution hardening).
• Partículas precipitadas fazem as discordâncias terem de contorná-las ou cortá-las (precipitation hardening).
• Limites de grão obrigam as discordâncias a trocar de sistema de escorregamento (Hall–Petch):
onde
é o tamanho de grão e
o coeficiente de endurecimento.
Passo 5
Cada obstáculo exige que a discordância vença uma barreira energética extra, elevando a tensão de cisalhamento crítica. Com mais barreiras, a resistência à deformação aumenta.
Resposta
O aumento de resistência dos metais ocorre porque, à medida que as discordâncias se multiplicam e encontram obstáculos (outras discordâncias, átomos em solução, precipitados, limites de grão), é necessário aplicar tensões maiores para impulsioná-las pelo retículo. Esse fenômeno, descrito pela relação de Taylor e pela lei de Hall–Petch, explica o encruamento e os diversos processos de tratamentos térmicos e mecânicos que elevam a resistência dos metais.