Explique porque metais puros normalmente não são utilizados em aplicações estruturais.

Passo 1

Beleza, a questão pede “por que metais puros normalmente não são usados em aplicações estruturais?”. O conteúdo aqui é Ciência dos Materiais e Resistência dos Materais, e a gente vai precisar entender dois pontos básicos:
  1. Como se comporta um metal puro em termos de resistência e ductilidade.
  2. Que mecanismos a gente usa pra deixar esse metal mais forte (ou seja, por que ligas são melhores).

Passo 2

Primeiro, vamos ver o que acontece num metal puro. Imagine um cristal metálico perfeito, todo alinhado só com átomos iguais. Quando você aplica uma força, a tensão (ou “stress”) que o metal sente é dada por
sigma = FA
onde é a força e é a área da seção. Em um metal puro, os planos atômicos escorregam fácil porque não há “obstáculos” (átomos diferentes, precipitados, inclusões etc.) pra travar o movimento das discordâncias (defeitos que causam deformação). Isso faz com que o metal tenha:
  • Baixa tensão de escoamento (ele começa a “deslizar” bem cedo).
  • Baixa dureza.
  • Alta ductilidade (se deforma muito antes de quebrar, mas sem resistir bem a carga).

Passo 3

Para melhorar a resistência, os engenheiros introduzem impurezas controladas e precipitados, formando ligas. Os principais truques são:
  1. Endurecimento por solução sólida: átomos de outro elemento entram no cristal e distorcem a rede, dificultando o movimento das discordâncias.
  2. Endurecimento por precipitação: formam-se partículas finas dispersas que “seguram” as discordâncias.
  3. Refino de grão: grãos menores aumentam a barreira ao movimento de discordâncias, segundo a lei de Hall–Petch:
sigmay = sigma0 + k,d^-1/2
onde
é a tensão de escoamento,
é uma constante do material puro,
é outra constante que mede a eficiência do grão como “barreira”,
é o tamanho médio de grão.
Quanto menor , maior .

Passo 4

Logo, se usarmos um metal puro, a (tensão de escoamento) vai ser baixíssima e a peça, mesmo antes de carregar muito, já vai deformar plasticamente. Em aplicações estruturais (pontes, vigas, colunas), a gente precisa de alta resistência, pra aguentar peso, vento, vibração, sem ficar “mole” ou dobrar.

Resposta

Metais puros não são usados em estruturas porque têm resistência mecânica muito baixa (começam a deformar com forças pequenas), não oferecem dureza suficiente e não toleram bem cargas contínuas. Por isso a gente usa ligas metálicas, que introduzem impurezas e/ou precipitados para aumentar a tensão de escoamento e deixar o material forte e seguro.

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