Um fio de cobre puro foi submetido a deformação plástica a frio com uma redução de área de
. 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 (
), 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
onde
é a tensão inicial,
o módulo de cisalhamento,
o vetor de Burgers e
um fator adimensional. Logo, quanto maior
, 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:
- Recuperação (recovery): desarranjos de dislocações reorganizam-se em estruturas de menor energia (subgrãos), reduzindo tensões internas sem alterar muito a forma dos grãos.
- Recristalização (recrystallization): próximos de certas temperaturas, surgem núcleos de grãos novos, praticamente livres de dislocações, e eles crescem, consumindo a estrutura encruada.
- 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.