Explique porque razão os metais se apresentam mais dúteis (macios) com o aumento da temperatura?

Passo 1

O enunciado pergunta por que, ao aquecer um metal, ele fica mais dútil (isto é, mais fácil de deformar plasticamente) e menos propenso à fratura frágil. O conteúdo aqui é Ciência dos Materiais, em especial a teoria da deformação plástica por movimento de discordâncias (dislocations). Para resolver, vamos ver como a temperatura afeta a mobilidade de discordações, a tensão de escoamento e os mecanismos de recuperação que evitam concentração de tensões.

Passo 2

Na deformação plástica de metais, a principal via de alongamento é o deslizamento (slip) de discordações ao longo dos planos cristalográficos. Cada discordação encontra uma resistência na rede cristalina conhecida como barreira de Peierls. A tensão crítica para mover uma discordação, a chamada tensão de escoamento \sigma_y, diminui quando aumentamos a temperatura. Isso ocorre porque a energia térmica auxilia o processo de ativação sobre a barreira de Peierls: átomos vibram mais intensamente, facilitando o “saltar” da discordação de um sítio para outro. Em termos de energia, a taxa de movimento de discordações segue um fator de Arrhenius
v \propto \exp\Bigl(-\frac{Q}{k_B T}\Bigr),
onde Q é a energia de ativação, k_B a constante de Boltzmann e T a temperatura. Logo, ao elevar T, a mobilidade (velocidade) das discordações aumenta e a tensão necessária para escoar cede.

Passo 3

Além desse efeito direto na tensão de escoamento, a temperatura alta ativa mecanismos de recuperação do material, tais como a escalada (climb) de discordações e a aniquilação de pares de discordações com sinais opostos. Esses processos permitem reorganizar a rede cristalina, reduzindo concentrações locais de discordações e impedindo a nucleação de trincas. Com menos regiões de alta tensão concentrada, o metal se deforma de forma mais homogênea e ductilmente, em vez de se romper de modo frágil.

Passo 4

Em muitos metais (especialmente de estrutura CFC ou BCC), existe uma transição frágil–dúctil em certa faixa de temperatura: abaixo dela, há poucas discordações móveis e o metal quebra quase como um vidro; acima, as discordações tornam-se facilmente ativadas, distribuindo a deformação e aumentando muito a ductilidade. Esse comportamento reforça a observação experimental de que metais aquecidos suportam maiores deformações plásticas antes de fraturar.

Resposta

Metais aquecidos ficam mais dúteis porque o aumento da energia térmica reduz a tensão crítica para o movimento de discordações (facilitando o deslizamento), ativa mecanismos de recuperação que evitam concentrações de tensão e, no conjunto, promove deformação plástica mais homogênea e menos suscetível à fratura frágil.

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