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:
- Como se comporta um metal puro em termos de resistência e ductilidade.
- 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
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:
- Endurecimento por solução sólida: átomos de outro elemento entram no cristal e distorcem a rede, dificultando o movimento das discordâncias.
- Endurecimento por precipitação: formam-se partículas finas dispersas que “seguram” as discordâncias.
- Refino de grão: grãos menores aumentam a barreira ao movimento de discordâncias, segundo a lei de Hall–Petch:
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.