Quais mecanismos são responsáveis pela deformação plástica dos metais?

Passo 1

O enunciado pergunta quais mecanismos microscópicos permitem que os metais sofram deformação plástica permanente quando submetidos a tensões. O conteúdo envolve defeitos cristalinos (discordâncias) e deslocamentos coletivos de átomos (geminação e escoamento por difusão em altas temperaturas). Vamos usar conceitos de mecânica dos cristais para descrever cada mecanismo.

Passo 2

Discordâncias são defeitos unidimensionais na rede cristalina que permitem deslizamento de planos atômicos com energia muito menor do que no material perfeito. Existem dois tipos básicos:
– Discordância de aresta: um plano adicional de átomos termina dentro do cristal.
– Discordância de parafuso: o cristal acima do plano defeituoso está deslocado paralelamente ao defeito.
Essas discordâncias são caracterizadas por um vetor de Burgers \mathbf b, que mede a magnitude e direção do deslocamento.

Passo 3

O principal mecanismo de deformação plástica é o escorregamento (slip) de discordâncias ao longo dos sistemas de deslizamento (combinações de planos cristalográficos e direções preferenciais). Sob uma tensão de cisalhamento resolvida \tau_r maior que a tensão crítica de cisalhamento \tau_{CRSS}, a discordância se move no seu plano, deslocando sequencialmente os planos atômicos e gerando uma deformação plástica acumulada.

Passo 4

Para ultrapassar obstáculos (outra discordância, impureza, precipitado), surgem dois mecanismos auxiliares:
– Cross-slip: discordâncias de tipo parafuso mudam de um plano de escorregamento para outro, contornando barreiras.
– Climb: discordâncias de aresta se deslocam fora do seu plano de escorregamento mediante difusão de vacâncias, permitindo que o defeito “suba” ou “desça” para contornar precipitados ou contornos de grão.

Passo 5

Geminação (twinning) é outro mecanismo de deformação plástica, em que um grupo de átomos se desloca de forma cooperativa para formar uma região espelhada no cristal. Isso ocorre principalmente em materiais com poucos sistemas de escorregamento (por ex. hcp) e contribui com uma fração da deformação, especialmente em altas taxas de deformação ou baixas temperaturas.

Passo 6

Em temperaturas elevadas, a fluência (creep) pode ocorrer por difusão atômica sem movimento preferencial de discordâncias:
– Mecanismo de Nabarro–Herring: difusão através do volume dos grãos.
– Mecanismo de Coble: difusão ao longo dos contornos de grão.
– Sliding de contorno de grão: escorregamento relativo de grãos vizinhos.

Resposta

Os mecanismos responsáveis são:
  • Movimento de discordâncias por escorregamento (glide) nos sistemas de deslizamento.
  • Cross-slip e climb das discordâncias para contornar obstáculos.
  • Geminação (twinning) em materiais com poucos sistemas de escorregamento.
  • Em altas temperaturas, escoamento por difusão (Nabarro–Herring, Coble) e sliding de contorno de grão.

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