Como surgem na estrutura cristalina os defeitos cristalinos do tipo discordâncias? De que forma este tipo de imperfeição está associado com a resistência do material à deformação plástica?

Passo 1

O enunciado pergunta como surgem, na rede cristalina, os defeitos do tipo discordâncias e de que modo essas imperfeições influenciam a resistência do material à deformação plástica. O conteúdo envolve noções de cristalografia (planos e direções de escorregamento), defeitos lineares (discordâncias) e mecânica da deformação plástica.

Passo 2

Discordâncias aparecem sempre que há um desalinhamento parcial de planos atômicos na rede. Por exemplo, na solidificação rápida ou durante um esforço de cisalhamento, um plano de átomos pode “terminar” no interior do cristal, gerando uma linha onde falta meio plano (discordância de aresta) ou um deslocamento helicoidal entre planos (discordância de parafuso). Para visualizar, traça-se um laço ao redor da linha de discordância e compara-se com o mesmo laço num cristal perfeito: a diferença entre eles é o vetor de Burgers \vec b.

Passo 3

Os dois tipos básicos são:
• Discordância de aresta – definida por um meio plano extra de átomos inserido no cristal.
• Discordância de parafuso – os planos ficam deslocados uns em relação aos outros, formando uma helice.
Em ambos os casos, a linha da discordância é o defeito linear cujo movimento permite a deformação.

Passo 4

A deformação plástica macroscópica ocorre pelo deslizamento de discordâncias sobre planos cristalográficos favoráveis. Em vez de romper simultaneamente todos os laços atômicos ao longo de um plano, basta que a discordância se mova passo a passo, rompendo e refazendo poucos laços de cada vez. Assim, a tensão necessária para gerar escorregamento é muito menor que a tensão para romper um plano inteiro de átomos de uma só vez.

Passo 5

A resistência à deformação plástica está associada à facilidade com que essas discordâncias se movem. Quanto mais obstáculos houver (outras discordâncias, impurezas, precipitados, limites de grão), mais difícil será o deslocamento de \vec b. Além disso, à medida que o material deforma, a densidade de discordâncias \rho aumenta e elas passam a interagir, bloqueando-se mutuamente. Isso requer tensões cada vez maiores para continuar a deformação, fenômeno conhecido como encruamento ou trabalho a frio.

Resposta

Discordâncias surgem quando há deslocamento parcial de planos atômicos (meio plano extra ou deslocamento helicoidal) gerando defeitos lineares com vetor de Burgers \vec b. A deformação plástica se dá pelo movimento dessas discordâncias sobre planos cristalinos, pois deslocar uma linha de defeito custa muito menos energia do que romper todo um plano de átomos. A resistência do material aumenta na medida em que obstáculos (outras discordâncias, solutos, precipitados, limites de grão) impedem o deslizamento de \vec b, e quanto maior a densidade de discordâncias \rho, maior a tensão necessária para promover a deformação adicional.

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