1- Propriedades mecânicas
a)- Utilizando o diagrama tensão - deformação de dois metais hipotéticos, mostre que o aumento da resistência mecânica implica em diminuição da tenacidade.
b)- Explique como é possível obter aumento simultâneo das propriedades mecânicas referidas acima.

Passo 1

O enunciado pede para usar diagramas tensão–deformação de dois metais hipotéticos e mostrar que, ao aumentar a resistência mecânica, a tenacidade diminui. Depois, quer explicar como aumentar simultaneamente essas duas propriedades. O conteúdo envolve definição de resistência (tensão de escoamento ou de ruptura) e de tenacidade (área sob a curva até fratura).

Passo 2

Definimos resistência mecânica e tenacidade:
A resistência à tração de um metal pode ser caracterizada pela tensão de escoamento sigmaY ou pela tensão de ruptura última sigmaU.
A tenacidade é a energia absorvida até a fratura, dada por
Tenacidade = integral0^epsilonf sigma(epsilon),depsilon
onde epsilonf é a deformação na fratura. Geometricamente, é a área sob a curva sigma versus epsilon.

Passo 3

Considere dois metais com curvas aproximadas por triângulos:
Metal A (mais dúctil, menor resistência):
sigmaU = 300 MPa, epsilonf = 0,4.
Metal B (mais resistente, menos dúctil):
sigmaU = 500 MPa, epsilonf = 0,1.
Em cada caso, aproximamos a curva elasto-plástica por um triângulo de base epsilonf e altura sigmaU.

Passo 4

A tenacidade aproximada é
T approx tfrac12,sigmaU ,epsilonf
Substituindo:
Para A:
TA approx tfrac12 times 300,MPa times 0,4 = 60 tfracMJm^3
Para B:
TB approx tfrac12 times 500,MPa times 0,1 = 25 tfracMJm^3
Mesmo tendo sigmaU maior, o metal B absorve menos energia até fratura ( TB<TA). Logo, aumentar resistência ( sigmaU) reduziu a tenacidade.

Passo 5

Para elevar simultaneamente resistência e tenacidade, busca-se microestruturas equilibradas que combinem endurecimento e deformação:
– Refinamento de grão (Lei de Hall–Petch) aumenta sigmaY mantendo ductilidade.
– Tratamentos térmicos de têmpera e revenido ajustam dureza e reduz fragilidade.
– Aços TRIP/TWIP usam transformação de fase induzida pela deformação para reforço dinâmico e alta deformação.
– Compósitos e nanoestruturas dispersam fases duras em matriz dúctil, promovendo toughening por desvios de trinca.

Resposta

(a) Usando dois diagramas triangulares de tensão–deformação com
Metal A: sigmaU=300 MPa, epsilonf=0,4 to TA=60 tfracMJm^3
Metal B: sigmaU=500 MPa, epsilonf=0,1 to TB=25 tfracMJm^3,
vemos que o aumento de sigmaU leva à redução da área sob a curva, ou seja, da tenacidade.
(b) Consegue-se melhorar ambas recorrendo a grão refinado, tratamentos térmicos adequados (têmpera + revenido), microestruturas TRIP/TWIP ou compósitos nanoestruturados, que aumentam resistência sem sacrificar a capacidade de absorver energia até a fratura.

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