Comportamento Plástico a Quente

Quando um material metálico é deformado plasticamente a frio, parte da energia gasta pela máquina é armazenada na rede cristalina em forma de defeitos. Durante o recozimento após a deformação a frio, a operação de mecanismos de restauração como a recuperação e a recristalização eliminam defeitos gerados durante a deformação, conduzindo o material ao estado de não deformado. A evolução da fração recristalizada (Fv) em função do tempo é descrita pela equação de Avrami, que tem a forma:

                        

Onde K e n são constantes do material.

 

No trabalho a quente, simultaneamente ao aumento da densidade de discordâncias geradas pela deformação atuam mecanismos de restauração de defeitos cristalinos. É bem conhecido que a resistência dos materiais cai com o aumento da temperatura de deformação devido ao maior nível de energia vibracional dos átomos. Por outro lado, quanto maior é a taxa de deformação maior é o esforço que deve ser feito para deformar o material. Quando deformado com altas velocidades, menor é o tempo para a ação dos mecanismos de amaciamento que atuam durante a deformação. A resposta instantânea (tensão) do material para que uma máquina aplicando uma taxa de deformação imponha uma deformação em uma dada temperatura é descrita pela equação constitutiva do material.

 

Onde ε' é a taxa de deformação, Q é a energia de ativação aparente para a deformação a quente, R a constante universal dos gases, T a temperatura absoluta, σ a tensão, Z o parâmetro de Zener-Hollomon e α e n são constantes características de cada material.

 

Para estruturas internas que evoluem com a deformação através de mecanismos de endurecimento e de amaciamento, como o encruamento,  a recuperação dinâmica e a recristalização dinâmica, a evolução da tensão com a deformação depende da competição entre esses mecanismos. Está bem estabelecido que, após certo encruamento, materiais com alta energia de falha de empilhamento (EFE) amaciam por recuperação dinâmica, enquanto que materiais com baixa EFE amaciam por recristalização dinâmica. Quando a deformação é realizada em temperaturas e taxas de deformação constantes, a tensão de escoamento aumenta com a deformação até um máximo e então se mantém constante em materiais com alta EFE. Este é o comportamento típico do alumínio e de aços com estrutura ferrítica. Por outro lado, em materiais que recuperam e recristalizam dinamicamente (baixa EFE), como os aços com estrutura austenítica, o nível de tensão cai para um estado estacionário de tensões após alcançar um máximo. A evolução da tensão com a deformação é representada por curvas de escoamento plástico e pode ser descrita por meio de equações evolutivas, cujos parâmetros representam os efeitos dos mecanismos que atuam durante a deformação a quente.

Para um material, como um aço ultra baixo carbono, que amacia apenas por recuperação dinâmica na região ferrítica, a evolução da tensão com a deformação é dada por uma equação (evolutiva) do tipo:

 

onde σo é a tensão de início de escoamento, σsat a tensão de estado estacionário e r é um parâmetro associado a capacidade de encruamento do material.

 

Para materiais que recristalizam dinamicamente após certo nível de recuperação dinâmica, a evolução da tensão com a deformação após o início da recristalização dinâmica pode ser descrito por uma equação (evolutiva) que tem a forma:

Onde σss é a tensão de estado estacionário quando ocorre a recristalização dinâmica e t0,5 é o tempo necessário para se obter 50% do material amaciado. O termo entre colchetes, equação de Avrami, representa a evolução da fração amaciada com o tempo, normalizando o tempo de permanência na temperatura, ou seja: dividindo o tempo de permanência pelo tempo para 50% de amaciamento.

 

Além da recristalização durante a deformação, esta pode ocorrer em várias etapas do processamento. Quando ocorre no intervalo entre passes a recristalização pode ser chamada de estática ou metadinâmica e, a cinética de amaciamento também é descrita pela equação de Avrami. Na recristalização estática, metadinâmica e dinâmica, o tempo t0,5 necessário para obter 50% do material amaciado depende das condições de deformação e das condições de permanência em altas temperaturas após a deformação e é dado por: 

 

 

 

onde D é o tamanho de grão inicial, ε é a deformação, Z é o parâmetro de Zener-Hollomon, Qs e Ts são a energia de ativação e a temperatura de amaciamento e C, b, p e q constantes. Os coeficientes C, p, b e q, tanto quanto a energia de ativação para o amaciamento Qs, dependem do material, das condições de deformação e do mecanismo predominante de amaciamento. Os valores de p, q, Qs e n podem ser utilizados para identificar os mecanismos controladores do amaciamento. Assim, medindo a fração amaciada ou a fração recristalizada, pode-se determinar o tempo necessário para se ter 50% de amaciamento em função das condições de deformação e de restauração.

 

 

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