- A quais fatores o módulo de elasticidade é susceptível de alteração? Explique.
Passo 1
O enunciado pergunta a respeito dos fatores que podem alterar o módulo de elasticidade, ou módulo de Young, de um material. Na teoria de elasticidade, lembramos a lei de Hooke no regime linear:
onde
é a tensão,
a deformação e
o módulo de elasticidade. Para responder, vamos discutir os principais aspectos que influenciam o valor de
.
Passo 2
Composição química e estrutura cristalina
O valor de depende diretamente da natureza dos átomos e das ligações químicas que formam o material. Metais com rede cristalina cúbica de corpo centrado (por exemplo, ferro α) têm um módulo diferente dos de rede cúbica de face centrada (como alumínio). Em ligas metálicas, a proporção de elementos de liga (carbono, cromo, níquel etc.) altera o arranjo atômico e, consequentemente, a rigidez.
O valor de
Passo 3
Microestrutura e tratamento térmico
O tamanho de grão, a presença de fases secundárias, precipitados e defeitos de empilhamento influenciam . Granulação fina tende a aumentar o módulo, pois há mais limites de grão que resistem à deformação elástica. Tratamentos térmicos (têmpera, revenido, recozimento) modificam esses aspectos e, portanto, podem elevar ou reduzir
.
O tamanho de grão, a presença de fases secundárias, precipitados e defeitos de empilhamento influenciam
Passo 4
Temperatura
Em geral, à medida que a temperatura sobe, as vibrações atômicas ficam mais intensas e as ligações químicas “amolecem”, reduzindo . Para metais, a queda pode ser de alguns percentuais entre temperatura ambiente e regimes elevados (centenas de graus Celsius). Já em polímeros, a transição vítrea provoca mudanças bruscas no módulo.
Em geral, à medida que a temperatura sobe, as vibrações atômicas ficam mais intensas e as ligações químicas “amolecem”, reduzindo
Passo 5
Taxa de deformação e frequência de carregamento
Materiais viscoelásticos (polímeros, alguns compósitos) exibem dependência da velocidade de deformação: taxas altas de carregamento podem tornar o comportamento “mais rígido”, elevando o módulo aparente. Em baixas frequências, o material tem mais tempo para se acomodar, reduzindo o valor de .
Materiais viscoelásticos (polímeros, alguns compósitos) exibem dependência da velocidade de deformação: taxas altas de carregamento podem tornar o comportamento “mais rígido”, elevando o módulo aparente. Em baixas frequências, o material tem mais tempo para se acomodar, reduzindo o valor de
Passo 6
Anisotropia e estado de tensão
Materiais cristalinos ou compósitos reforçados têm propriedades diferentes segundo a direção de carregamento. Em madeira e fibra de carbono, por exemplo, o módulo na direção das fibras é muito maior do que na perpendicular. O estado de tensão tridimensional também pode modificar o comportamento efetivo do módulo de elasticidade.
Materiais cristalinos ou compósitos reforçados têm propriedades diferentes segundo a direção de carregamento. Em madeira e fibra de carbono, por exemplo, o módulo na direção das fibras é muito maior do que na perpendicular. O estado de tensão tridimensional também pode modificar o comportamento efetivo do módulo de elasticidade.
Passo 7
Meio ambiente, corrosão e envelhecimento
Ataques químicos, corrosão ou degradação por radiação ultravioleta (em polímeros) geram microtrincas e zonas enfraquecidas que reduzem o módulo efetivo. A presença de umidade pode plastificar certos materiais, diminuindo ao longo do tempo.
Ataques químicos, corrosão ou degradação por radiação ultravioleta (em polímeros) geram microtrincas e zonas enfraquecidas que reduzem o módulo efetivo. A presença de umidade pode plastificar certos materiais, diminuindo
Resposta
O módulo de elasticidade é suscetível a alterações devido a:
– composição química e tipo de liga;
– microestrutura (tamanho de grão, fases, defeitos) e tratamentos térmicos;
– temperatura de serviço;
– taxa de deformação ou frequência de carregamento;
– anisotropia cristalográfica ou direcional;
– agressões ambientais (corrosão, umidade, envelhecimento).
– composição química e tipo de liga;
– microestrutura (tamanho de grão, fases, defeitos) e tratamentos térmicos;
– temperatura de serviço;
– taxa de deformação ou frequência de carregamento;
– anisotropia cristalográfica ou direcional;
– agressões ambientais (corrosão, umidade, envelhecimento).