Finland in Crisis

Diversas teorias foram propostas com o objetivo de descrever o encruamento dos metais. O desenvolvimento das mesmas foi realizado a partir da análise dos aspectos micro e subestruturais do material durante a deformação plástica. Devido à quantidade e complexidade dos fatores envolvidos no processo (estrutura do material, energia de falha de empilhamento, taxa de deformação, temperatura de trabalho, entre outros), os modelos foram construídos com base em configurações específicas de discordâncias - densidade e distribuição(1,4)_{. Dessa forma, as teorias disponíveis} poderiam ser aplicadas com certa precisão para determinadas situações ou operações, não representando, no entanto, um princípio geral para o comportamento mecânico dos metais(4)_.

Um dos estudos mais antigos sobre o encruamento foi apresentado por TAYLOR(1,5)_{. A teoria foi} elaborada a partir da suposição de uma curva tensão-deformação de monocristais de formato parabólico e distribuição de discordâncias uniforme. O aumento da resistência mecânica do metal com a deformação plástica estaria associado à interação elástica e consequente travamento das discordâncias, dando origem a tensões internas. A ocorrência de arranjos totalmente regulares e a ausência de referência ao mecanismo de deslizamento cruzado representam as principais restrições deste modelo.

MOTT(1) _{também supôs que a curva de escoamento de monocristais seria parabólica e que o} endurecimento do material estaria relacionado ao aparecimento de tensões internas. No entanto, diferentemente do que havia sido apresentado no estudo anterior, as fontes de tensões internas estariam associadas a grupos de discordâncias empilhadas e a distribuição das mesmas no metal já não seria mais uniforme.

As teorias mais recentes, elaboradas por SEEGER(1,5,6)_{, KUHLMANN-WILSDORF}(1,4-6)_{, LI}(5)_{, entre} outros, foram desenvolvidas a partir da análise de curvas tensão cisalhante-deformação cisalhante obtidas em testes de tração de cristais com estrutura cúbica de faces centradas. Os resultados observados para diferentes substâncias são qualitativamente similares(4)_{: o comportamento} mecânico ou encruamento do metal poderia ser dividido em três fases, conforme a figura 3.3.

O primeiro estágio, ou região de deslizamento fácil, teria início com a ocorrência da tensão cisalhante crítica resolvida τ1, abaixo da qual pouca ou nenhuma deformação plástica seria verificada. O valor da mesma, equivalente ao limite de escoamento observado nas curvas tensão- deformação de policristais(3)_{, estaria associado à resistência à movimentação das discordâncias no} sistema de deslizamento primário, ou seja, à tensão de Peierls-Nabarro(4,6)_{. A partir de τ}

1, o

escoamento do material se daria a baixos valores de taxa de encruamento, representados por θ1. Nesta fase, a acentuada multiplicação de discordâncias e expansão e penetração das mesmas através de regiões do cristal ainda relativamente livres parecem ser os mecanismos subestruturais predominantes(1,4,5)_{. A taxa de encruamento observada seria resultado de diversos processos:} interações de longo alcance entre os anéis de discordâncias(5)_{, resistência à formação dos mesmos} em função da presença de tensão de linha(4,5)_{, geração de degraus pela interseção de discordâncias} móveis com florestas e aparecimento de emaranhados decorrentes da reação das discordâncias com defeitos puntuais(4)_{. A presença de impurezas, a mudança na orientação do cristal e o aumento da} temperatura poderiam levar à total eliminação desta região da curva(6)_.

A ativação dos sistemas de deslizamento secundários(1,6) _{e a ocorrência de distribuição de} discordâncias quase uniforme ao longo do cristal (inexistência de regiões livres de defeitos)(4) representariam a transição entre as fases I e II da curva mostrada na figura 3.3. O estágio II teria como principais características a elevada taxa de encruamento θ2 (aproximadamente dez vezes o

valor de θ1) e a relação linear entre a tensão e a deformação descrita pela mesma, sendo denominado, portanto, região de encruamento linear. Diferentemente da fase anterior, alterações na temperatura de trabalho, na taxa de deformação e na composição do metal não levariam a mudanças consideráveis no comportamento mecânico observado (θ2 praticamente constante)(4). Em relação aos fenômenos estruturais, o aumento contínuo do número de fontes geradoras de discordâncias e a conseqüente elevação da densidade das mesmas poderiam ser verificados(1,5)_{. Esses fatores seriam} acrescidos da interação das imperfeições ativas no sistema de deslizamento primário, responsável pela maioria da deformação plástica do metal, com as irregularidades do secundário(6)_{. A} pronunciada formação de degraus e de discordâncias de Lomer-Cottrell representariam os principais obstáculos ao deslizamento no material(1,5,6)_{, levando à formação de emaranhados e, posteriormente,} à evolução de estrutura celular. A geração de tensões internas de longo alcance associadas à reação entre os anéis de discordâncias e as barreiras ao movimento e expansão dos mesmos(1,5)_{, e o} aumento da tensão necessária para curvar e produzir esses segmentos de discordâncias(ou seja, superar a tensão de linha)(4,5) _{foram indicados como responsáveis pela alta taxa de encruamento} neste estágio. Deformação Cisalhante T en são Ci sa lh an te estágio I τ1 estágio II estágio III θ1 θ2

Figura 3.3 - Representação esquemática da curva tensão cisalhante-deformação cisalhante de monocristais cúbicos de faces centradas.

A terceira e última fase observada na curva tensão cisalhante-deformação cisalhante é a chamada região de encruamento parabólico(6)_{. Neste estágio, a taxa de encruamento, antes de valor constante} e elevado, decresce continuamente, caracterizando a ocorrência do processo de recuperação dinâmica. Em termos de mecanismos de deformação, o deslizamento cruzado é apontado como um dos principais fatores associados ao fenômeno(1,5,6)_{. Através do mesmo, as discordâncias próximas} às barreiras se tornam capazes de circundá-las, além da possível aniquilação mútua quando em sinais opostos. Como resultado, observa-se o desenvolvimento de uma estrutura celular (a ser descrita com detalhes a seguir) que representa um rearranjo do material em configurações de menor

energia, levando à diminuição dos campos de tensões associados às imperfeições. A distância média através da qual as discordâncias podem mover-se é relativamente maior, assim como é reduzida a probabilidade de interação de umas com as outras. Ainda em relação à diminuição acentuada da taxa de encruamento, alguns trabalhos se referem à contribuição do processo de escalagem na recuperação dinâmica do metal(4,5)_{. O mecanismo que proporcionaria o início da mesma dependeria} de diversos fatores, principalmente do material em estudo. No entanto, os resultados observados na curva seriam decorrentes da ação conjunta de ambos: deslizamento cruzado e escalagem. Assim como é verificado para a região de deslizamento fácil, a temperatura e a taxa de deformação afetam de forma significativa o encruamento nesta fase.

Alguns trabalhos ainda se referem à existência de uma quarta fase na curva de encruamento dos metais(7-9)_{. O início da mesma estaria associado a uma drástica redução de emaranhados decorrentes} da interação entre discordâncias e defeitos puntuais(8)_{. Assim como no estágio anterior, uma baixa} taxa de encruamento caracterizaria esta região, cujo valor estaria relacionado à evolução contínua de tensões internas no interior das células de discordâncias, de forma relativamente independente da temperatura e da taxa de deformação(9)_.