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.

Passo 1

O enunciado pede três coisas:
  1. Entender como a deformação plástica em metais se relaciona com o movimento de discordâncias (dislocations).
  2. Identificar, num diagrama tensão–deformação, quais propriedades mecânicas aparecem (módulo elástico, limite de escoamento, resistência última, tenacidade, alongamento, etc.).
  3. 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.

Passo 3

Propriedades mecânicas num diagrama tensão–deformação
Num ensaio de tração típico, medimos:
  • Módulo de elasticidade E: inclinação da parte linear inicial, E = \dfrac{\sigma}{\epsilon}.
  • Limite de proporcionalidade: tensão máxima em que ainda vale \sigma \propto \epsilon.
  • Limite de escoamento \sigma_{ys}: ponto em que começa a deformação plástica (pode ter patamar ou ponto de escoamento).
  • Resistência última \sigma_{uts}: máxima tensão atingida durante o ensaio.
  • Alongamento (ductilidade): deformação \epsilon_f no ponto de fratura.
  • Tenacidade: área sob a curva \sigma \epsilon; mede a energia absorvida até a fratura.
  • Encruamento: elevação de tensão após o escoamento, até \sigma_{uts}.

Passo 4

Comportamento de material dúctil
A curva de um material dúctil apresenta:
  • Região elástica (reta até o limite de proporcionalidade).
  • Limite de escoamento bem definido \sigma_{ys}, às vezes com platô.
  • Encruamento: tensão sobe de novo até \sigma_{uts}.
  • Após o pico, inicia-se a estricção (necking) e a tensão cai até a fratura, com grande deformação plástica ( \epsilon_f 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 \epsilon_f, baixa tenacidade e pouca deformação antes da ruptura.

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 \sigma_{ys}.

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).

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