Mecanismos de endurecimento
Teoria
E aí, tudo bem?
As propriedades mecânicas dos aços são resultantes da interação entre os diferentes mecanismos de endurecimento envolvidos. Por exemplo o endurecimento por precipitação é um mecanismo extensivamente explorado nesses materiais, os principais mecanismos de endurecimento são: Solução sólida, Refino de grão , Precipitação, Discordâncias (encruamento) e transformações de fases. Vamos avaliar o porque??
Endurecimento por solução sólida
Uma técnica utilizada para aumentar a resistência de materiais consiste na inserção de elementos químicos diferentes daqueles que compõem a matriz do material que se deseja “endurecer”.
Notem que os elementos podem ser inseridos como substituto de um outro elemento então denominado: substitucional, exemplo: cobre em níquel. E os elementos também podem ser adicionados nos instersticios, exemplo: carbono em ferro.
Os átomos de soluto “deformam” a estrutura cristalina da matriz e interferem na movimentação das discordâncias, o efeito da inserção intersticial é maior que a substitucional.
Endurecimento por refino de grãos
Os maior parte dos materiais utilizados em engenharia são policristalinos. Os contornos de grão são barreiras que dificultam a movimentação das discordâncias, pois uma discordância não consegue atravessá-los, como a imagem abaixo :p.
Um material que possui grãos pequenos é mais duro e mais resistente do que um material que possui grãos maiores, porque tem maior área total de contornos de grão para dificultar o movimento das discordâncias. Ahh galera importante frizar que este é o único mecanismo de endurecimento que aumenta a tenacidade do material .
Observem que se uma discordância tentar passar de um grão A para dentro de um outro grão B teria de alterar sua direção de movimentação. :D
Endurecimento por precipitação
Resumidamente ocorre a precipitação de uma nova fase no seio de uma fase “matriz”. Elas bloqueiam a movimentação tornando necessário o aumento da energia de deformação. Mas como nem tudo nessa vida é fácil haha , temos que levar em consideração algumas coisas para ocorrer este tipo de endurecimento.
O sistema deve apresentar duas características para poder ser endurecido por precipitação:
1°) Deve haver uma solubilidade máxima de um componente no outro;
2°)Deve haver um limite de solubilidade que diminua rapidamente com a concentração do componente principal em função da diminuição da temperatura
O endurecimento por precipitação é empregado comumente em ligas de alumínio de alta resistência, principalmente para as ligas alumínio-cobre. A natureza das partículas precipitadas e, subsequentemente, as propriedades mecânicas do material (resistência, ductilidade, dureza) dependem tanto da temperatura de precipitação, quanto do tempo de envelhecimento a essa temperatura.
Endurecimento por encruamento
O encruamento é o mecanismo pelo qual um metal dúctil se torna mais duro e resistente depois de ter sido submetido a uma deformação em uma temperatura que pode ser considerada baixa em relação à sua temperatura de fusão.
Durante a deformação plástica, as discordâncias movimentam-se, multiplicam-se, interagem entre si formando “emaranhados”, daora.
As discordâncias são obstáculos para o movimento de outras discordâncias... Para que a movimentação das discordâncias continue a ocorrer passa a haver a necessidade de tensões crescentes.
Endurecimento por transformação de fase
Através tratamentos térmicos pode ser feita a formação de microconstituintes mais resistentes. Por exemploo a transformação da austenita , no resfriamrnto mais estável termodinamicamente a elevadas temperaturas, para outras fases mais estáveis a baixas temperaturas.
Coisas importantes para vocês saberem sobre este endurecimento:
- Temperatura baixa de transformação mais finos serão os grãos e maior a densidade das discordâncias;
- Temperatura baixa de transformação reterá solutos aumentando a resistência mecânica por solução solida;
- Temperatura baixa de transformação, mais finas é a dispersão dos precipitados.
Endurecimento por refino de grãos
Endurecimento por precipitação
Endurecimento por encruamento
Endurecimento por transformação de fase
Exercícios Resolvidos
Exercício Resolvido #1
Elaboração própria
Sobre o endurecimento por refino de grão, determine a opção correta:
- As propriedades mecânicas do metal não apresenta influência do tamanho do grão
- Um material com grão grosseiros são mais resistente que os com grãos finos
- O refinamento de grão é regido pela equação de Hall-Petch que determina uma relação empírica entre o limite de escoamento com o tamanho do grão.
Passo 1
As propriedades mecânicas do metal apresenta influência do tamanho do grão
Passo 2
Um material com grão finos são mais resistente que os com grãos grosseiros
Passo 3
O refinamento de grão é regido pela equação de Hall-Petch que determina uma relação empírica entre o limite de escoamento com o tamanho do grão.
Resposta
Alternativa C
Exercício Resolvido #2
Elaboração própria
Como ocorre o aumento das propriedades dos aços microligados pelo refino de grão.
Passo 1
Está associada ao refino dos grãos ferríticos e pela granulometria mais fina do material, obtida através de retardo na recristalização da austenita pela ação das partículas dos precipitados.
Resposta
O refino do grão é o único mecanismo de endurecimento capaz de aumentar a resistência mecânica e a tenacidade de um material.
Exercício Resolvido #3
Elaboração própria
Sobre o endurecimento por precipitação determine a opção correta:
- A técnica endurece a liga através da criação de impurezas sólidas, chamados de precipitados
- A presença de deslocamentos aumenta a força do material e do seu rendimento.
- A criação de materiais endurecidos por precipitação começa com o aquecimento do material a uma temperatura bem abaixo a Tf.
Passo 1
A técnica endurece a liga através da criação de impurezas sólidas, chamados de precipitados
Passo 2
A ausência de deslocamentos aumenta a força do material e do seu rendimento
Passo 3
A criação de materiais endurecidos por precipitação começa com o aquecimento do material a uma temperatura muito elevada.
Resposta
Alternativa A
Exercício Resolvido #4
Elaboração própria
Sobre o endurecimento por precipitação determine a opção correta:
- A técnica endurece a liga através da criação de impurezas sólidas, chamados de precipitados
- A presença de deslocamentos aumenta a força do material e do seu rendimento.
- A criação de materiais endurecidos por precipitação começa com o aquecimento do material a uma temperatura bem abaixo a Tf.
Passo 1
A técnica endurece a liga através da criação de impurezas sólidas, chamados de precipitados
Passo 2
A ausência de deslocamentos aumenta a força do material e do seu rendimento
Passo 3
A criação de materiais endurecidos por precipitação começa com o aquecimento do material a uma temperatura muito elevada.
Resposta
Alternativa A
Exercício Resolvido #5
Elaboração própria
Sobre o endurecimento por encruamento determine a opção correta:
- Esse endurecimento dá-se devido a redução das discordâncias e imperfeições promovidas pela deformação, que impedem o escorregamento dos planos atômicos
- É o fenômeno no qual um material endurece devido à deformação plástica
- A medida que se reduz o encruamento maior é a força necessária para produzir uma maior deformação
Passo 1
Esse endurecimento dá-se devido ao aumento de discordâncias e imperfeições promovidas pela deformação, que impedem o escorregamento dos planos atômicos
Passo 2
É o fenômeno no qual um material endurece devido à deformação plástica
Passo 3
A medida que se aumenta o encruamento maior é a força necessária para produzir uma maior deformação
Resposta
Alternativa B
Exercício Resolvido #6
Elaboração própria
Explique sucintamente sobre o endurecimento por encruamento
Passo 1
Ocorre abaixo da temperatura de recristalização (próximo da temperatura ambiente). Os grãos alongam-se na direção do esforço mecânico aplicado (menos intensamente na laminação a frio e mais intensamente quando severamente estirado – trefilação).
Resposta
Ocorre abaixo da temperatura de recristalização, os grãos alongam-se na direção do esforço mecânico aplicado.
Exercício Resolvido #7
Elaboração própria
Explique a influência de átomos de soluto nas propriedades do aço.
Passo 1
Introdução de deformação no reticulado cristalino devido a diferença de diâmetros atômicos para a redução da energia total do sistema, associada a presença das discordâncias, há o posicionamento correto dos átomos de soluto: soluto de diâmetro menor que os de solvente colocam-se em regiões de compressão, e os de diâmetro maior que os de solvente nas regiões de tração.
Resposta
Introdução de deformação no reticulado cristalino devido a diferença de diâmetros atômicos para a redução da energia total do sistema, associada a presença das discordâncias, há o posicionamento correto dos átomos de soluto: soluto de diâmetro menor que os de solvente colocam-se em regiões de compressão, e os de diâmetro maior que os de solvente nas regiões de tração.
Exercício Resolvido #8
Elaboração própria
Explique como funciona o aumento da resistência mecânica do aço através do mecanismo de endurecimento por solução sólida.
Passo 1
Pode-se entender o aumento de resistência mecânica como o aumento da tensão de cisalhamento τ necessária para mover a discordância, assim, supondo que cada átomo de soluto produz uma força F de restrição sobre a discordância, e que os átomos de soluto estão espaçados por uma distância média d, tem-se que o incremento de tensão necessário para a movimentação da discordância por unidade de comprimento desta é: