Questão 06:
Explique detalhadamente:
Relação entre deformação plástica com movimento de discordâncias.
Em um diagrama tensão-deformação, quais propriedades mecânicas podem ser observadas?
Represente, qualitativamente, em um diagrama tensão-deformação, comportamentos de materiais dúcteis e materiais frágeis. Explique cada comportamento.
Relação entre deformação plástica com movimento de discordâncias.
Em um diagrama tensão-deformação, quais propriedades mecânicas podem ser observadas?
Represente, qualitativamente, em um diagrama tensão-deformação, comportamentos de materiais dúcteis e materiais frágeis. Explique cada comportamento.
Passo 1
O enunciado pede três coisas:
- Entender como a deformação plástica em metais se relaciona com o movimento de discordâncias (dislocations).
- Identificar, num diagrama tensão–deformação, quais propriedades mecânicas aparecem (módulo elástico, limite de escoamento, resistência última, tenacidade, alongamento, etc.).
- Desenhar qualitativamente, num mesmo eixo tensão–deformação, o comportamento de um material dúctil e de um material frágil, explicando cada curva.
Passo 2
Deformação plástica e discordâncias
Metais cristalinos deformam plasticamente quando planos de átomos escorregam uns sobre os outros. Esse escorregamento ocorre pelo movimento de discordâncias, que são defeitos lineares no retículo cristalino. À medida que aplicamos tensão, as discordâncias se deslocam sob esforço cortante e originam bolsas de deslizamento. Quanto mais fácil o movimento de discordâncias (menor energia de obstáculo, menor tensão crítica), maior a ductilidade do material. O encruamento (work hardening) se dá porque o aumento de densidade de discordâncias dificulta seu movimento, exigindo tensões maiores para continuar deformando plastically.
Metais cristalinos deformam plasticamente quando planos de átomos escorregam uns sobre os outros. Esse escorregamento ocorre pelo movimento de discordâncias, que são defeitos lineares no retículo cristalino. À medida que aplicamos tensão, as discordâncias se deslocam sob esforço cortante e originam bolsas de deslizamento. Quanto mais fácil o movimento de discordâncias (menor energia de obstáculo, menor tensão crítica), maior a ductilidade do material. O encruamento (work hardening) se dá porque o aumento de densidade de discordâncias dificulta seu movimento, exigindo tensões maiores para continuar deformando plastically.
Passo 3
Propriedades mecânicas num diagrama tensão–deformação
Num ensaio de tração típico, medimos:
Num ensaio de tração típico, medimos:
- Módulo de elasticidade
: inclinação da parte linear inicial, . - Limite de proporcionalidade: tensão máxima em que ainda vale
. - Limite de escoamento
: ponto em que começa a deformação plástica (pode ter patamar ou ponto de escoamento). - Resistência última
: máxima tensão atingida durante o ensaio. - Alongamento (ductilidade): deformação
no ponto de fratura. - Tenacidade: área sob a curva
– ; mede a energia absorvida até a fratura. - Encruamento: elevação de tensão após o escoamento, até
.
Passo 4
Comportamento de material dúctil
A curva de um material dúctil apresenta:
A curva de um material dúctil apresenta:
- Região elástica (reta até o limite de proporcionalidade).
- Limite de escoamento bem definido
, às vezes com platô. - Encruamento: tensão sobe de novo até
. - Após o pico, inicia-se a estricção (necking) e a tensão cai até a fratura, com grande deformação plástica (
elevado).
Passo 5
Comportamento de material frágil
A curva de um material frágil é quase completamente linear-elástica. Logo após exceder o limite elástico cai bruscamente até a fratura, sem região plástica perceptível. Isso significa baixo alongamento , baixa tenacidade e pouca deformação antes da ruptura.
A curva de um material frágil é quase completamente linear-elástica. Logo após exceder o limite elástico cai bruscamente até a fratura, sem região plástica perceptível. Isso significa baixo alongamento
Passo 6
Representação qualitativa
↑
σ | _____ ← Curva A (dúctil): escoamento + encruamento + necking
| / \___
| /
|_______/ ← Curva B (frágil): quase só região elástica e fratura súbita
| /
| /
+─────────────────\(\to\epsilon\)
Legenda:
• A: material dúctil – tem platô ou ponto de escoamento, encruamento e grande deformação antes da fratura.
• B: material frágil – apenas região elástica e fratura logo após ultrapassar .
• A: material dúctil – tem platô ou ponto de escoamento, encruamento e grande deformação antes da fratura.
• B: material frágil – apenas região elástica e fratura logo após ultrapassar
Resposta
Foi demonstrada a relação entre deformação plástica e movimentação de discordâncias, listadas as propriedades mecânicas extraíveis do diagrama tensão–deformação e apresentados, qualitativamente, os perfis dúctil (A) e frágil (B).