Caracterização Mecanismos de Fluência

Mecanismos de Fluência

Se uma tensão for aplicada a um material em temperatura elevada, poderá haver deformação permanente, mesmo que a tensão aplicada seja inferior ao limite de escoamento nesta temperatura. A deformação permanente e dependente do tempo, que ocorre sob tensão constante em temperaturas elevadas, é conhecida como fluência. Os fenômenos de difusão, escalagem de discordâncias de discordâncias e deslizamento de contornos de grão contribuem para a fluência nos materiais metálicos. Em metais e ligas dúcteis sujeitos à fluência, a fratura é acompanhada por estricção, nucleação e coalescimento de vazios. Considera-se que um material falhou devido à fluência mesmo que não apresente ainda fratura. Quando o material é deformado dessa maneira e chega a se romper, a fratura é definida como ruptura por fluência.

1. Deslizamento de Discordâncias

Temperaturas elevadas permitem a escalagem de discordâncias nos metais, que é a movimentação de discordâncias fora dos planos de deslizamento por efeito da temperatura. Os átomos espalham-se para a linha de discordância, ou a partir dela, por difusão, fazendo com que a discordância se desloque em direção perpendicular, e não paralela, ao plano de deslizamento. Assim, a discordância escapa dos obstáculos da rede, desliza e causa mais deformação plástica no corpo, mesmo com baixas tensões aplicadas.

No primeiro estágio de fluência, a deformação ou alongamento é medida em função do tempo e traçada para fornecer a curva deformação-tempo. N primeiro estágio da fluência em metais, muitas discordâncias realizam escalagem, evitando, com isso, os obstáculos da rede cristalina. Depois tornam a deslizar no plano de deslizamento e, assim, aumentam a deformação total.

1. Movimento de Discordâncias de Fluência

Similar a deformação em baixas T, mas em altos T as discordâncias podem escapar aos obstáculos emitindo ou recebendo vacâncias; Fluência por movimento de discordância (dislocation creep), envolve o movimento mais drástico de discordâncias. Consequentemente, altas tensões são necessárias, mas pode ocorrer em temperaturas intermediárias onde o escoamento difusional é baixo. O mecanismo é complexo e não é completamente entendido, sabe-se que a escalagem de discordâncias é importante e a taxa de deformação é determinada pela taxa de emissão ou absorção de vacâncias.

[pic 1]

1. Difusão por Fluência

Escoamento difusional pode ocorrer em baixas tensões, mas requer temperaturas relativamente altas. Envolve o movimento de vacâncias no retículo cristalino. Se as vacâncias movem pelo retículo cristalino, o comportamento é chamado de fluência NABARRO-HERRING (m=1 e q =2). Se elas se movem pelos contornos, o comportamento é chamado de fluência COBLE (m=1 e q =3).  As vacâncias surgem em contornos de grãos que estão perpendiculares a tensão trativa e movem para os CG em tensões compressivas ou com baixos valores de tensões trativas. O material move na direção oposta.

[pic 2]

[pic 3]

1. Escorregamento dos contornos de grão

Observado em todos os mecanismos de fluência. É  importante no estágio terciário e está associado à formação de microcavidades. Assim, contribui com uma parcela importante na deformação total, em temperaturas próximas À de fusão e em tamanhos de grão submicrométricos. É um mecanismo pronunciado quando mecanismos difusionais podem ser desprezados.

[pic 4]

Mudanças Estruturais Durante a Fluência

1. Deformação por Deslizamento

Quando os metais são deformados a temperaturas elevadas, novos sistemas de deslizamento podem se tornar operativos. Acima de 260°C, o deslizamento no alumínio ocorre nos planos {111}, {100} ou {211}. O zinco e o magnésio apresentam, a altas temperaturas, deslizamento em planos diferentes do basal. A facilidade com que, nos metais hc, novos sistemas de deslizamento tornam-se operativos com o aumento da temperatura é mostrada por dados experimentais sobre o zircâni05. A tensão cisalhante resolvida crítica para o sistema (1010) [1210] é 1,0 kg/mm2 a 77°K, 0,2 kg/mm2 a 575°K e 0,02 kg/mm2 a 1.075°K. As bandas de deslizamento produzidas a altas temperaturas são mais grossas e mais espaçadas do que as resultantes de deformação à temperatura ambiente. Para temperaturas elevadas e taxas de deformação baixas, torna-se difícil detectar linhas de deslizamento. No entanto, McLean conseguiu detectar bandas de deslizamento muito finas dentro dos grãos de alumínio em fluência, através de microscopia de contraste de fases. O deslizamento sob condições de fluência a altas temperaturas ocorre em muitos planos de deslizamento para distâncias de deslizamento pequenas. Weertman sugeriu que isto acontece devido à operação de muitas fontes de discordâncias que seriam desativadas a baixas temperaturas, porque, nestas condições as discordâncias de anéis adjacentes iriam se repelir mutuamente. Como a temperaturas elevadas os anéis podem realizar escalagem e então anular-se mutuamente pode existir um fluxo contínuo de novas discordâncias produzidas por várias fontes.

...