a) O que é uma fronteira de grão?
b) Por que materiais com grãos menores costumam ser mais resistentes?
b) Por que materiais com grãos menores costumam ser mais resistentes?
Passo 1
O enunciado pede duas coisas: primeiro, definir o que é uma fronteira de grão em materiais policristalinos; segundo, explicar por que uma redução no tamanho médio dos grãos torna o material mais resistente. Vamos recorrer aos conceitos de microestrutura e ao efeito Hall–Petch para responder.
Passo 2
Uma fronteira de grão é a região de transição entre dois cristalitos (grãos) vizinhos num material policristalino. Dentro de cada grão, os átomos formam uma rede cristalina bem ordenada e contínua; na fronteira, porém, há desalinhamentos e defeitos atômicos que acomodam a mudança de orientação entre um grão e outro. Em termos simples, é a “margem” onde termina uma rede e começa outra com orientação diferente.
Passo 3
As fronteiras de grão atuam como barreiras ao movimento de discordâncias (defeitos lineares que permitem a deformação plástica). Quanto mais fronteiras existir por unidade de volume, mais difícil fica para as discordâncias se propagarem e gerarem deformação permanente. Quando diminuímos o tamanho médio dos grãos, aumentamos a área total de fronteiras, e isso eleva a tensão de escoamento do material segundo a relação de Hall–Petch:
onde
é a tensão de escoamento,
é uma tensão intrínseca do material,
é uma constante de fortalecimento e
é o diâmetro médio dos grãos. Como
aparece no denominador, reduzir o tamanho de grão aumenta
, ou seja, o material fica mais resistente.
Resposta
(a) Uma fronteira de grão é a região de transição/desordem atômica entre dois cristalitos com orientações distintas num material policristalino.
(b) Grãos menores significam mais fronteiras por volume, o que impede o movimento de discordações e, via efeito Hall–Petch ( ), eleva a tensão de escoamento, tornando o material mais resistente.
(b) Grãos menores significam mais fronteiras por volume, o que impede o movimento de discordações e, via efeito Hall–Petch (