Um fio de cobre puro foi submetido a deformação plástica a frio com uma redução de área de 40 %. A resistência à tração antes do processamento era de 200 MPa e, após o processamento, passou para 350 MPa . Explique o tipo de mecanismos de aumento de resistência e o motivo do aumento da resistência mecânica. Após recozimento, o fio voltou à resistência inicial. Quais mudanças microestruturais ocorreram para isso acontecer?

Passo 1

O enunciado diz que um fio de cobre puro foi deformado plasticamente a frio com redução de área de 40%, fazendo a resistência à tração subir de 200 MPa para 350 MPa, e que após recozimento ela voltou a 200 MPa. O conteúdo envolve dois tópicos principais: os mecanismos de encruamento (work hardening) que ocorrem na deformação a frio e as mudanças microestruturais no recozimento (recovery, recristalização e crescimento de grão).

Passo 2

Quando deformamos o cobre a frio, impomos deslocamento plástico por deslizamento de dislocações. Cada vez que passa mais deformação, gera-se uma alta densidade de dislocações ( rho), e essas dislocações passam a interagir e se emaranhar. Isso dificulta o movimento delas, pois cada dislocação só consegue avançar vencendo o campo de tensões criado pelas outras. A relação simplificada de resistência em função da densidade de dislocações é
sigma = sigma0 + alpha,G,b,raizrho,
onde sigma0 é a tensão inicial, G o módulo de cisalhamento, b o vetor de Burgers e alpha um fator adimensional. Logo, quanto maior rho, maior a tensão necessária para plastificar.

Passo 3

No caso do fio, a redução de área de 40% gerou um grande aumento na densidade de dislocações, elevando a resistência de 200 MPa para 350 MPa. Em termos físicos, a microestrutura ficou “trancada”: as dislocações impedem umas às outras, exigindo mais esforço (tensão) para continuar deformando o metal.

Passo 4

Ao recozer o fio, aplicamos calor suficiente para ativar processos de restauração de microestrutura:
  1. Recuperação (recovery): desarranjos de dislocações reorganizam-se em estruturas de menor energia (subgrãos), reduzindo tensões internas sem alterar muito a forma dos grãos.
  2. Recristalização (recrystallization): próximos de certas temperaturas, surgem núcleos de grãos novos, praticamente livres de dislocações, e eles crescem, consumindo a estrutura encruada.
  3. Crescimento de grão (grain growth): se mantivermos temperatura, os grãos recristalizados crescem, diminuindo ainda mais a densidade de contornos de grão.
O resultado é uma microestrutura de grãos equiaxos com baixa densidade de dislocações, muito parecida com a original antes da deformação a frio.

Resposta

Os mecanismos de aumento de resistência na deformação a frio são o encruamento por elevação da densidade de dislocações e suas interações, que bloqueiam o movimento delas e aumentam a força exigida para deformar. No recozimento ocorrem recovery (alívio das tensões internas), recristalização (formação de grãos novos livres de dislocações) e, opcionalmente, crescimento de grão, restaurando a microestrutura inicial e fazendo a resistência voltar aos 200 MPa.

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