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.
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 ou pela tensão de ruptura última
.
A tenacidade é a energia absorvida até a fratura, dada por
A resistência à tração de um metal pode ser caracterizada pela tensão de escoamento
A tenacidade é a energia absorvida até a fratura, dada por
onde
é a deformação na fratura. Geometricamente, é a área sob a curva
versus
.
Passo 3
Considere dois metais com curvas aproximadas por triângulos:
Metal A (mais dúctil, menor resistência):
,
.
Metal B (mais resistente, menos dúctil):
,
.
Em cada caso, aproximamos a curva elasto-plástica por um triângulo de base e altura
.
Metal A (mais dúctil, menor resistência):
Metal B (mais resistente, menos dúctil):
Em cada caso, aproximamos a curva elasto-plástica por um triângulo de base
Passo 4
A tenacidade aproximada é
Substituindo:
Para A:
Para A:
Para B:
Mesmo tendo
maior, o metal B absorve menos energia até fratura (
). Logo, aumentar resistência (
) 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 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.
– Refinamento de grão (Lei de Hall–Petch) aumenta
– 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: ,
Metal B: ,
,
vemos que o aumento de 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.
Metal A:
Metal B:
vemos que o aumento de
(b) Consegue-se melhorar ambas recorrendo a grão refinado, tratamentos térmicos adequados (têmpera