Rodas de aço para uso urbano podem ser estampadas a partir de aço baixo carbono. Contudo, esta denominação de aço diz respeito apenas a composição química do mesmo (baixo teor de carbono), mas não fornece características da estrutura do mesmo. Na tabela abaixo temos propriedades mecânicas de três aços de mesma composição química, porém com alguma característica estrutural diferente: poder-se-ia dizer que um deles passou por deformação plástica a frio, outro tem tamanho de grão muito reduzido e o terceiro apresenta patamar de escoamento descontínuo e bandas de Lüders (estas últimas típicas de aço
baixo-carbono sem deformação ou seja que não sofreu encruamento). Identifique-os por estas três características, justificando quais mudanças estruturais, no que tange a defeitos cristalinos lineares e/ou superficiais intercristalinos, devem existir entre eles, e a relação destes com mecanismo de deformação plástica de metais.
Material Limite de escoamento (MPa) mid Limite de resistência (MPa) mid Alongamento em 50 mm (%)
A 220 320 48
B 765 780 <1 %
C 540 580 25

Passo 1

Beleza, vamos dar uma olhada nesse exercício! A gente tem três tipos de aço baixo carbono com as mesmas composições químicas, mas com características estruturais diferentes. A tabela mostra o limite de escoamento, limite de resistência e alongamento de cada material. Nosso objetivo é identificar qual material corresponde a cada uma das três características estruturais mencionadas: deformação plástica a frio, tamanho de grão reduzido e patamar de escoamento descontínuo com bandas de Lüders. Para isso, vamos precisar entender como as propriedades mecânicas estão relacionadas às estruturas internas dos metais e aos defeitos cristalinos.

Passo 2

Primeiro, vamos lembrar o que cada termo significa:
  • Limite de escoamento (MPa): é a tensão máxima que o material pode suportar sem sofrer deformação permanente.
  • Limite de resistência (MPa): é a tensão máxima que o material pode aguentar antes de quebrar.
  • Alongamento (%): indica a ductilidade do material, ou seja, o quanto ele pode se esticar antes de romper.
Agora, vamos analisar cada material:
  • Material A: Limite de escoamento de 220 MPa, limite de resistência de 320 MPa e alongamento de 48%.
  • Material B: Limite de escoamento de 765 MPa, limite de resistência de 780 MPa e alongamento de menos de 1%.
  • Material C: Limite de escoamento de 540 MPa, limite de resistência de 580 MPa e alongamento de 25%.

Passo 3

Vamos associar essas propriedades às características estruturais:
  1. Deformação plástica a frio:
    • Quando um metal sofre deformação plástica a frio, ele acumula mais defeitos cristalinos, como discordâncias (defeitos lineares). Isso aumenta a resistência do material (maior limite de escoamento e resistência) mas diminui sua ductilidade (menor alongamento).
    • Observando os materiais, o Material B tem os valores mais altos de limite de escoamento e resistência, além de um alongamento muito baixo (<1%). Isso indica que ele foi submetido a deformação plástica a frio.
  2. Tamanho de grão muito reduzido:
    • Segundo a relação de Hall-Petch, quanto menor o tamanho de grão, maior a resistência do material, pois há mais fronteiras de grão que bloqueiam o movimento de discordâncias.
    • O Material C tem valores intermediários de força e uma boa ductilidade (25%), o que sugere que ele possui um tamanho de grão reduzido, aumentando sua resistência sem perder muito a ductilidade.
  3. Patamar de escoamento descontínuo e bandas de Lüders:
    • Essas características são típicas de aços de baixo carbono que não sofreram encruamento (deformação). A presença de bandas de Lüders indica que há poucas discordâncias móveis, o que permite uma deformação mais uniforme até o escoamento.
    • O Material A apresenta os menores valores de limite de escoamento e resistência, mas um alto alongamento (48%), característico de aços não deformados e com bandas de Lüders.

Resposta

  • Material A: Apresenta patamar de escoamento descontínuo e bandas de Lüders, característico de aço baixo carbono sem deformação.
  • Material B: Passou por deformação plástica a frio, evidenciado pelo alto limite de escoamento e resistência e pelo baixíssimo alongamento.
  • Material C: Possui tamanho de grão muito reduzido, refletido em seus valores intermediários de resistência e boa ductilidade.

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