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Da fratura à deformação: como a ductilidade do material afeta o projeto de engenharia?
Na ciência dos materiais, ductilidade se refere à capacidade de um material sofrer deformação plástica significativa antes da fratura. Essa deformação plástica é fundamentalmente diferente da deformação elástica, que é permanente quando o estresse é aplicado, enquanto esta retorna à sua forma original quando o estresse é removido. Ductilidade é uma propriedade mecânica crítica em muitas aplicações que exigem que os materiais dobrem, estiquem ou deformem sem quebrar. Muitas operações de engenharia e fabricação, especialmente em metalurgia, impõem requisitos rigorosos quanto à ductilidade dos materiais.
A ductilidade é um fator essencial para avaliar se um material pode sobreviver a processos de conformação de metais, como forjamento ou trefilação.
Neste contexto, a ductilidade é frequentemente quantificada usando o percentual de alongamento na fratura (%EL), que se baseia na mudança no comprimento do material antes e depois da fratura. Quanto mais dúctil for um material, melhor ele suportará estresse e deformação. Em contraste, alguns materiais, como o ferro fundido, apresentam características de falha frágil.
Os metais são geralmente considerados como tendo boa ductilidade devido à sua estrutura única de ligação metálica. Nesses materiais, os elétrons de valência conseguem se mover livremente, o que permite que os átomos do metal deslizem sob estresse sem sofrer fortes forças repulsivas. Tomando o aço como exemplo, a ductilidade do aço muda com a composição da liga. Conforme o teor de carbono aumenta, a ductilidade do aço diminui.
O metal mais dúctil é a platina, e o metal mais maleável é o ouro.
Em geral, a ductilidade de um material afeta seu desempenho em aplicações práticas. Metais com maior ductilidade podem absorver mais energia quando impactados, evitando assim o risco de fratura frágil. Portanto, selecionar materiais apropriados para projetos de engenharia é um desafio complexo. Muitos materiais se tornam quebradiços rapidamente, especialmente quando resfriados abaixo de sua temperatura de transição de ruptura-fragilidade (DBTT). Isso nos leva à importância do DBTT.
O DBTT não é apenas uma consideração importante no projeto de produtos metálicos de suporte de carga, mas também depende das características e do tipo estrutural do próprio material. Metais com estrutura cúbica de face centrada permanecem dúcteis em uma ampla faixa de temperatura, enquanto metais com estrutura cúbica de corpo centrado só apresentam ductilidade em altas temperaturas.
O DSD é uma base importante para selecionar materiais que suportem o estresse mecânico.
Em aplicações práticas, a medição e o desempenho da ductilidade também são afetados por muitos fatores externos. Por exemplo, a radiação de nêutrons pode aumentar os defeitos da rede interna e, assim, aumentar o DBTT do material. Isso significa que os engenheiros devem considerar vários fatores ao projetar e selecionar materiais, incluindo a microestrutura do material, o ambiente externo e a vida útil esperada.
Com as crescentes demandas tecnológicas, explorar como os materiais podem manter um certo grau de ductilidade quando submetidos a danos mecânicos tornou-se um tópico importante de pesquisa atual. A ductilidade de um material determinará seu escopo de aplicação em futuros projetos de engenharia? Isso significa que precisamos repensar nossa seleção de materiais e estratégias de aplicação?
