Após o escoamento de um material, o fenômeno em que sua resistência e dureza aumentam enquanto sua plasticidade e tenacidade diminuem com o aumento da deformação é chamado de endurecimento por deformação ou encruamento.
02
Mecanismo
À medida que a deformação plástica progride, a densidade de discordância aumenta continuamente. Portanto, a intersecção de deslocamentos durante o movimento se intensifica, resultando em clivagens fixas, emaranhados de deslocamentos e outros obstáculos. Isto aumenta a resistência ao movimento de discordância, levando ao aumento da resistência à deformação e dificultando a deformação plástica adicional, aumentando assim a resistência do metal.
Regra: À medida que o grau de deformação aumenta, a resistência e a dureza do material aumentam, enquanto a sua plasticidade e tenacidade diminuem. A densidade de deslocamento aumenta continuamente. De acordo com o diagrama da fórmula, a força é diretamente proporcional à primeira potência da densidade de discordância ρ. Quanto maior o vetor b de Burgers dos deslocamentos, mais significativo será o efeito de fortalecimento.
03
Métodos
Deformação a frio, como prensagem a frio, laminação, shot peening, etc.
04
Exemplo
O fio de aço-trefilado a frio pode aumentar sua resistência várias vezes.
05
O significado prático do fortalecimento de deformação (vantagens e desvantagens)
(1) Vantagens:
① O fortalecimento de deformação é um método eficaz para fortalecer metais. Para materiais que não podem ser reforçados por tratamento térmico, o reforço por deformação pode aumentar sua resistência várias vezes.
② É um fator importante na conformação de certas peças ou produtos semi{0}}acabados, permitindo a deformação uniforme do metal e possibilitando a conformação de peças ou produtos semi{1}}acabados, como fios de aço-trefilados a frio e estampagem de peças.
③ O fortalecimento da tensão também pode melhorar a segurança de peças ou componentes durante o uso. Quando ocorre concentração de tensão ou sobrecarga em certas partes de uma peça, ocorre deformação plástica naquele local. Devido ao endurecimento por trabalho, a deformação da peça sobrecarregada é interrompida, melhorando assim a segurança.
(2) Desvantagens:
① O fortalecimento de deformações também traz problemas para a produção e uso de materiais. A deformação aumenta a resistência, mas diminui a plasticidade, dificultando a deformação adicional e exigindo mais potência.
② Para que o material continue deformando, é necessário um recozimento de recristalização para permitir que o material continue deformando sem rachar, aumentando os custos de produção. Imagem Imagem II. Fortalecimento de solução sólida Imagem 01 Definição O fortalecimento de solução sólida é o fenômeno em que a resistência e a dureza de uma solução sólida aumentam enquanto sua plasticidade e tenacidade diminuem com o aumento do conteúdo de átomos de soluto. 02 Mecanismo (1) A dissolução de átomos de soluto distorce a rede cristalina da solução sólida, dificultando o movimento de discordâncias nas superfícies de deslizamento. (2) Atmosferas de Cotillard formadas por átomos de soluto segregando em linhas de discordância fixam as discordâncias, aumentando a resistência ao movimento de discordância. (3) A segregação de átomos de soluto em regiões de falha de empilhamento dificulta o movimento de discordâncias estendidas. Todos os fatores que dificultam o movimento da discordância e aumentam a resistência ao movimento da discordância podem aumentar a resistência. 03 Regras ① Dentro da faixa de solubilidade da solução sólida, quanto maior a fração de massa do elemento de liga, maior será o efeito de fortalecimento. ② Quanto maior a diferença de tamanho entre os átomos de soluto e os átomos de solvente, mais significativo será o efeito de fortalecimento. ③ O efeito de fortalecimento dos elementos solutos que formam soluções sólidas intersticiais é maior do que o dos elementos que formam soluções sólidas substitucionais.
④ Quanto maior a diferença no número de elétrons de valência entre os átomos do soluto e os átomos do solvente, maior será o efeito de fortalecimento.
04
Método
Liga, ou seja, adição de elementos de liga.
05
Exemplo
A resistência das ligas de cobre-níquel é maior que a dos metais puros de cobre e níquel.
Imagem Imagem
III. Fortalecimento de Refinamento de Grãos
Imagem 01
Definição
O fenômeno de que a resistência, a dureza, a plasticidade e a tenacidade de um material aumentam com a diminuição do tamanho do grão é chamado de fortalecimento por refinamento de grão.
02
Mecanismo
O princípio reside no efeito dificultador dos limites de grão no deslizamento das discordâncias. Para materiais policristalinos, o movimento das discordâncias deve superar a resistência dos limites dos grãos. Isso ocorre porque as orientações das discordâncias em ambos os lados de um contorno de grão são diferentes. Portanto, em um determinado grão, uma discordância deslizante não pode cruzar diretamente o contorno do grão para um grão adjacente. Somente depois que um grande número de discordâncias se acumular no contorno do grão, causando concentração de tensão, o movimento das discordâncias existentes nos grãos adjacentes pode ser estimulado para produzir escorregamento. Portanto, quanto mais fino for o tamanho do grão, maior será a resistência do material.
03
Regra
Grãos mais finos resultam em áreas de contorno de grãos maiores. De acordo com a fórmula de Hall-Page, quanto menor o diâmetro médio do grão d, maior será o limite de escoamento σs do material.
04
Métodos para refinar grãos
① Durante a cristalização, os grãos podem ser refinados aumentando o super-resfriamento, tratamento de modificação, vibração e agitação para aumentar a taxa de nucleação.
② Para metais-deformados a frio, os grãos podem ser refinados controlando o grau de deformação e a temperatura de recozimento.
③ Os grãos podem ser refinados por meio de tratamentos térmicos de normalização e recozimento.
④ Elementos de liga podem ser adicionados ao aço para formar novas fases, inibindo assim o crescimento de grãos.
Imagem Imagem
4. Fortalecimento da Segunda Fase
Imagem 01
Definição
A presença de uma ou mais fases na matriz metálica aumenta a resistência do metal. Dependendo do processo de obtenção da segunda fase, o fortalecimento da segunda fase é dividido em: ① Fortalecimento por precipitação: obtenção da segunda fase por meio de tratamento térmico de transformação de fase; ② Fortalecimento da dispersão: obtenção da segunda fase por sinterização do pó ou oxidação interna.
02
Mecanismo
Quando uma discordância encontra uma segunda fase durante o seu movimento, ela precisa contornar ou cortar a segunda fase. Assim, a segunda fase dificulta o movimento da discordância, aumentando assim a resistência do material.
03
Exemplo
A presença de cementita no aço aumenta sua resistência.
