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).

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 \tau, 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 \rho cresce. Essas discordâncias formam uma “floresta” que impede o movimento umas das outras:
\tau = \alpha\,G\,b\,\sqrt{\rho}
é a expressão de Taylor para a tensão de escoamento, onde \alpha é um fator de interação, G o módulo de cisalhamento e b o vetor de Burgers. Ou seja, quanto maior \rho, maior \tau 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):
\sigma_y = \sigma_0 + k\,d^{-1/2}
onde d é o tamanho de grão e k 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.

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