Por que:
  • um menor tamanho de grão aumenta, simultaneamente, a resistência mecânica e a tenacidade ao impacto?

Passo 1

O enunciado pergunta por que a redução do tamanho de grão em um metal ou liga leva, ao mesmo tempo, a um aumento da resistência mecânica ( sigmay) e da tenacidade ao impacto. Vamos usar conceitos de ciência dos materiais: comportamento de discordâncias, contornos de grão como barreiras e mecanismos de propagação de trincas.

Passo 2

Para entender o aumento da resistência mecânica, usamos a relação de Hall– Petch, que diz que a tensão de escoamento sigmay varia com o tamanho de grão d assim:
sigmay = sigma0 + k,d^-1/2,
onde sigma0 e k são constantes dependentes do material. Grãos menores significam contornos de grão mais próximos, que impedem o movimento de discordâncias, exigindo tensões maiores para que elas se acumulem (“pile‐up”) e avancem. Logo, ao diminuir d, o termo d^-1/2 cresce e, com ele, sigmay.

Passo 3

A tenacidade ao impacto está relacionada à energia que o material absorve durante a fratura, ou seja, à dificuldade de propagação de uma trinca. Contornos de grão agem como descontinuidades que:
1. Defletem ou bifurcam a trinca, aumentando o seu caminho efetivo.
2. Criam múltiplas microfissuras em vez de uma única trinca curta.
3. Exigem mais trabalho plástico local e mais superfície de fratura.
Com grãos menores, cresce a densidade de contornos por volume, aumentando a área de interação com a ponta de trinca e, portanto, a energia absorvida antes da fratura, elevando a tenacidade.

Resposta

Menor tamanho de grão significa mais contornos de grão por volume, o que simultaneamente dificulta o deslizamento de discordâncias (aumentando sigmay via Hall– Petch) e retarda/complica a propagação de trincas (aumentando a energia absorvida na fratura), elevando assim tanto a resistência mecânica quanto a tenacidade ao impacto.

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