Como os sistemas cristalinos influenciam no comportamento mecânico dos materiais?

Passo 1

O exercício pergunta “Como os sistemas cristalinos influenciam no comportamento mecânico dos materiais?”
Conteúdo: cristalografia e propriedades mecânicas (deformação por escorregamento).
O que vamos precisar:
  • Entender o que é sistema cristalino (célula unitária, arranjo atômico).
  • Conceito de plano e direção de escorregamento.
  • Lei de Schmid e número de sistemas de escorregamento em estruturas FCC, BCC e HCP.

Passo 2

Antes de tudo, vamos lembrar o que são sistemas cristalinos.
  1. Cada material cristalino tem uma célula unitária definida por três vetores de rede (a, b, c) e ângulos (α, β, γ).
  2. Dependendo dessas medidas, classificamos em 7 sistemas cristalinos (cúbico, tetragonal, hexagonal etc.).
  3. A partir da célula unitária, surgem planos cristalográficos (por exemplo, {111} em cúbico) e direções [110], que são potenciais rotas de escorregamento.

Passo 3

Agora, como ocorre a deformação plástica?
  • A deformação plástica se dá por movimento de discordâncias (defeitos lineares) ao longo de planos de escorregamento.
  • Cada plano possui uma direção preferencial de escorregamento. Um “sistema de escorregamento” = plano + direção.
  • A facilidade do escorregamento é dada pela Lei de Schmid:
tau = sigma ,cosphi,coslambda
onde
sigma = tensão aplicada,
phi = ângulo entre direção de sigma e a normal ao plano,
lambda = ângulo entre direção de sigma e a direção de escorregamento.
- Só ocorre escorregamento se tau atingir o valor crítico tauCRSS.

Passo 4

Contagem de sistemas de escorregamento e efeito na mecânica:
  • FCC (cúbico de face centrada): 12 sistemas de escorregamento {111}$< <>$. Muitos caminhos de escape = alta ductilidade, baixa tensão de escoamento.
  • BCC (cúbico de corpo centrado): 48 sistemas potencialmente ativos, mas planos de escorregamento não são densos como no FCC. Em temperatura baixa, > alto = material mais “duro” e menos dúctil.
  • HCP (hexagonal compacto): só 3–6 sistemas de escorregamento {0001}$< tauCRSS>$ na temperatura ambiente. Poucos caminhos = anisotropia forte e baixa ductilidade; depende de ativação de mecanismos extras (twinning).

Resposta

Os sistemas cristalinos determinam:
  1. Quantos planos/direções de escorregamento existem (número de sistemas)
  2. Qual é a densidade atômica nesses planos (quanto mais denso, menor a tauCRSS)
  3. Como a tensão aplicada se projeta nesses sistemas (Lei de Schmid)
Isso tudo faz um material FCC ser maciçamente dúctil, um BCC mais duro em frio e um HCP anisotrópico e de baixa ductilidade.

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