Observando as amostras de dois materiais metálicos através de microscopia eletrônica de transmissão foi possivel medir a distancia entre as discordâncias parciais presentes nessas amostras e foi constatado que em uma das amostras essa distancia era menor que a da outra. A partir dessa observação explique como é possível comparar o comportamento desses metais em relação as seguintes situações:
a) Suscetibilidade desses materiais em relação ao endurecimento por encruamento considerando que apresentam ductilidade próxima.
a) Suscetibilidade desses materiais em relação ao endurecimento por encruamento considerando que apresentam ductilidade próxima.
Passo 1
O enunciado dá duas amostras metálicas observadas ao MET e mede a distância entre discordâncias parciais nelas. Uma amostra tem essa distância menor do que a outra. As duas amostras têm ductilidade próxima. A pergunta é: a partir dessa observação, como comparar a suscetibilidade desses metais ao endurecimento por encruamento?
Informações relevantes fornecidas:
- Há duas amostras metálicas (vou chamá‑las de amostra 1 e amostra 2 só para falar): uma tem distância entre discordâncias parciais menor; a outra tem distância maior.
- As ductilidades das duas amostras são aproximadamente iguais.
- É pedido comparar a suscetibilidade ao endurecimento por encruamento entre elas.
Passo 2
O que são discordâncias parciais e por que existe uma distância entre elas? Vou explicar passo a passo de um jeito tranquilo.
- Uma discordância perfeita tem um vetor de Burgers, que eu chamo de
ou simplesmente . Em certos cristais (por exemplo, estruturas FCC) uma discordância perfeita tende a se separar (dissociar) em duas discordâncias menores chamadas de discordâncias parciais (ex.: parciais de Shockley). - Entre essas duas discordâncias parciais existe uma região onde a sequência de planos fica “errada” — isso é uma falha de empilhamento (stacking fault). Essa região tem uma energia por unidade de área, que chamamos de energia de falha de empilhamento, representada por
. - A “distância entre discordâncias parciais” que você mediu no MET é justamente a largura do ribbon de falha de empilhamento (a separação média entre as duas parciais).
Passo 3
Relação física entre a separação das parciais e a energia de falha de empilhamento.
- Há duas contribuições de energia quando uma discordância perfeita se dissocia: (i) a energia elástica de ter duas linhas de discordância próximas (elas se repelem elasticamente), que tende a aumentar com a separação; (ii) a energia da área da falha de empilhamento, que também aumenta com a separação porque a área do “ribbon” cresce.
- Em equilíbrio, a separação
entre as parciais é aquela que minimiza a energia total. O resultado clássico (não precisa decorar a constante) mostra que cresce quando a energia de falha é menor. Em forma simplificada e proporcional:
onde
é o módulo de cisalhamento e
é o módulo do vetor de Burgers. Aqui eu destaquei só a dependência essencial:
é inversamente proporcional a
.
- Conclusão imediata: maior separação
menor . Menor separação maior .
Passo 4
Como a energia de falha de empilhamento (
) e a separação das parciais influenciam o movimento das discordâncias (comportamento plástico)?
- Cross‑slip (troca de plano de escorregamento) exige que as duas parciais se recombinem temporariamente numa discordância perfeita (ou algo parecido) para a porção de caráter parafuso passar para outro plano. Se as parciais estão muito afastadas (r grande), fica difícil recombiná‑las localmente, então o cross‑slip é pouco provável.
- Quando
é baixa (parciais muito separadas), o escorregamento tende a ser mais planar: as discordâncias ficam “espalhadas” num plano e têm dificuldade em saltar para outros planos. Também favorece formação de fitas de falha e, em alguns casos, a macla (twinning) como mecanismo adicional. - Quando
é alta (parciais muito próximas), as parciais se recombinam mais facilmente; o cross‑slip é mais fácil e há maior capacidade de recuperação dinâmica porque discordâncias podem mudar de plano, se anular e reagrupar.
Passo 5
Ligando isso ao endurecimento por encruamento (work hardening) — mecanismo prático e intuitivo.
- Encruamento ocorre porque, durante deformação plástica, as discordâncias se acumulam, formam emaranhados e “obstaculizam” o movimento umas das outras, exigindo tensões maiores para continuar deformando.
- Se o material favorece escorregamento planar e inibe cross‑slip (caso de baixa
, parciais bem separadas), as discordâncias ficam confinadas a poucos planos e têm maior tendência a se empilhar e a formar interseções estáveis. Isso aumenta muito o acúmulo de discordâncias e, portanto, aumenta a taxa de endurecimento (material mais suscetível ao encruamento). - Se o material facilita cross‑slip e recuperação (alta
, parciais próximas), as discordâncias conseguem escapar dos obstáculos com mais facilidade, recombinar e se reorganizar, reduzindo o acúmulo e levando a menor endurecimento por encruamento.
Passo 6
Aplicando tudo ao enunciado: juntar observação experimental com o raciocínio.
- Você observou duas amostras: uma com distância entre parciais menor (isso indica
maior) e outra com distância maior (indica menor). - Portanto:
- A amostra com distância maior entre parciais (ou seja, com menor
) tende a inibir cross‑slip, favorecer escorregamento planar e acumular mais discordâncias → maior suscetibilidade ao encruamento. - A amostra com distância menor entre parciais (maior
) permite cross‑slip e recuperação com mais facilidade → menor suscetibilidade ao encruamento.
- A amostra com distância maior entre parciais (ou seja, com menor
Resposta
O metal com maior distância entre discordâncias parciais (isto é, com menor
) é mais suscetível ao endurecimento por encruamento; o metal com menor distância entre parciais (maior
) é menos suscetível.