Mecanismos De Endurecimento

INTRODUÇÃO

Mecanismos de endurecimento são formas de se evitar o movimento de discordâncias em um metal. O movimento de discordâncias em um material cristalino, especialmente nos metais, é uma das caudas do fenômeno de deformação plástica, portanto tais mecanismos são utilizados para minimizar esse fenômeno restringindo o movimento de discordâncias e consequentemente causando o endurecimento do material. A seguir será discutido de forma sucinta os principais tipos de mecanismos de endurecimento.

MECANISMOS DE ENDURECIMENTO

As deformações plásticas macroscópicas correspondem ao movimento de um grande número de discordâncias, a habilidade de um metal deformar plasticamente depende, basicamente, da movimentação de suas discordâncias. As técnicas de endurecimento em metais contam com um princípio simples: quanto maior for a restrição ao movimento de discordâncias, maior será a resistência mecânica de um material metálico.

Principais Mecanismos de Endurecimento

Encruamento em metais

Redução do tamanho de grão em metais

Tratamentos térmicos

Tratamentos superficiais

Encruamento em Metais

O endurecimento por encruamento é um processo de endurecimento, no qual um metal dúctil torna-se mais resistente e duro na medida em que é deformado plasticamente. Muitas vezes este tipo de endurecimento é chamado endurecimento a frio ou endurecimento por trabalho mecânico. Este foi, provavelmente, o primeiro mecanismo de endurecimento conhecido pelo homem.

Efeito da taxa de encruamento na resistência mecânica e ductilidade de um aço baixo carbono.

Efeito da taxa de encruamento (redução a frio) sobre o limite de resistência (a), tensão de escoamento (b) e ductilidade (c) de um aço SAE 1040, latão e cobre comercialmente puro.

Redução do Tamanho de Grão em Metais

Em um metal policristalino, o tamanho dos grãos (diâmetro médio dos grãos) exerce influência sobre as propriedades mecânicas. Grãos adjacentes possuem diferentes orientações cristalinas e um contorno de grão em comum. Os contornos de grão atuam como barreiras para a movimentação de discordâncias por duas razões:

1- Como os grãos possuem orientações diferentes, uma discordância que se movimenta do grão A para B, deve mudar sua direção de movimento; e isso, é mais difícil quanto maior for a diferença entre orientação entre os grãos.

2- A desordem atômica na região de um contorno de grão resulta em uma descontinuidade no plano de escorregamento de um grão para outro.

É importante mencionar que:

As discordâncias não ultrapassam contornos de grão de alto ângulo, mas, a tensão gerada no plano de escorregamento de um grão pode ativar fontes de novas discordâncias em outros grãos.

Materiais com grãos finos são mais resistentes que materiais com grãos grosseiros porque sua área de contornos de grão é maior e assim dificulta a movimentação de discordâncias.

Para muitos materiais, a tensão de escoamento (σ_y ) varia com o tamanho de grão de acordo com a relação:

σ_(y=) σ_0+ k_y . d^((-1/2) ) onde: d é o diâmetro médio dos grãos, σ_0 e k_y são constantes para um dado material.

Efeito do tamanho de grão sobre o limite de escoamento do latão 70% Cu e 30% Zn. Note que o limite de escoamento aumenta com a diminuição do tamanho de grão e que este aumento não é linear.

Movimento de uma discordância em cunha que encontrará em seu caminho um contorno de grão. A figura ilustra como o contorno de grão atua como barreira no plano de escorregamento. Note que os planos de escorregamento no grão adjacente não é contínuo e muda de direção.

Tratamentos Térmicos

Tratamentos térmicos são um grupo de processos industriais utilizados para alterar as propriedades de um material, via variações de temperatura. A aplicação mais comum é na metalurgia, sendo usados na fabricação de muitos outros materiais, como cerâmicas e polímeros.

O tratamento térmico envolve o uso de aquecimento ou refrigeração, normalmente a temperaturas extremas, para atingir o resultado desejado, tais como o endurecimento ou amolecimento de um material. Técnicas de tratamento térmico incluem o recozimento, têmpera, aumento de dureza superficial e endurecimento por precipitação

tipos de tratamentos térmicos.

Recozimento

É uma técnica usada para recuperar o trabalho a frio e relaxar tensões dentro de um metal, resultando em um metal macio e dúctil. O recozimento para alívio de estresse é quando apenas a primeira etapa de recozimento é executada. A segunda etapa do recozimento, a recristalização, acontece quando novos grãos sem tensões crescem. A terceira fase é de crescimento de grãos.

Têmpera

Para endurecer pela têmpera, um metal (geralmente de aço ou ferro fundido) deve ser aquecido para a fase austenítica e então rapidamente resfriado. Dependendo da liga e outras considerações, o resfriamento pode ser feito com ar forçado ou de outros gases (como nitrogênio), o óleo, polímero dissolvido em água ou em salmoura. Ao ser rapidamente resfriado, uma parcela da austenita vai transformar-se em martensita, uma fase dura e frágil. A dureza de um metal temperado depende da sua composição química e do método de têmpera. No entanto, uma têmpera de aço certos rápido demais pode resultar em rachaduras.

Endurecimento por Precipitação

Ligas de endurecimento por precipitação possuem elementos-liga que, quando ativados, difundem pela matriz metálica