Energia de fratura vs temperatura

A temperatura pode ter um efeito dramático na resistência à fratura e no comportamento da maioria dos materiais !!!!! Metais fortes e resistentes na STP se tornarão tão quebradiços quanto o vidro se ficarem realmente frios, digamos menos 40 graus Celsius !!!!!!

À medida que a temperatura aumenta, aproximando-se do estágio plástico, eles ficam mais resistentes e dobram em vez de fraturar !!!!!

Dependendo do material, temperaturas mais altas podem aumentar a capacidade do material de absorver energia, enquanto temperaturas mais baixas tornam o material mais rígido.

Quando a temperatura é baixa, há mais fratura do material porque o material é quebradiço e quando a temperatura é alta, o material é mais plástico e não tão quebradiço. O material plástico absorve a fratura.

Richard Muller

Vou falar da perspectiva dos metais, já que é com isso que estou mais familiarizado. Geralmente, à medida que a temperatura aumenta, a energia absorvida durante a fratura também aumenta.

Este é especialmente o caso de metais que sofrem uma transição frágil para dúctil. Tais metais possuem larguras de deslocamento que começam baixos e aumentam com a temperatura. As baixas larguras de deslocamento originam altas tensões de atrito na rede e as altas larguras de deslocamento produzem tensões menores no atrito da rede. (Vejo

A resposta de Felix Chen para Por que os materiais quebradiços têm resistência à tração máxima e não cedem resistência?

para mais informações sobre isso.) Portanto, a baixa temperatura, o maior estresse de atrito da rede restringe o deslizamento de deslocamento, de forma que a fratura ocorra antes que a amostra tenha acumulado muita plasticidade. O modo de fratura, portanto, inclina-se para frágil.

Por outro lado, a temperaturas mais altas, as tensões de atrito diminuídas da rede resultantes de deslocamentos mais amplos permitem mais escorregamento e, portanto, mais plasticidade, antes da fratura. Isso leva a um modo de falha mais dúctil quando a temperatura aumenta. A combinação desses dois aspectos da fratura a baixa e alta temperatura ilustra por que alguns metais exibem mais energia de fratura à medida que a temperatura aumenta. Certos metais BCC, por exemplo, manifestam essa alteração nas larguras de deslocamento com a temperatura que aparece como uma transição frágil para dúctil.

Nem todos os metais, no entanto. Nos metais FCC, por exemplo, geralmente as deslocações tendem a permanecer amplas, independentemente da temperatura. Consequentemente, os metais FCC exibem altas energias de fratura na mesma faixa de temperatura que induziriam uma transição do modo de fratura nos metais BCC.

O teste de impacto Charpy é comumente usado para avaliar essas energias de fratura. Um gráfico típico de Charpy pertinente a esta questão é mostrado abaixo, onde as tendências no modo de fratura pertinentes à questão são ilustradas. A discussão acima fornece alguns antecedentes fundamentais sobre como a fragilidade e a ductilidade variam com a temperatura e representa minha opinião sobre responder a essa pergunta de uma maneira muito geral. Mas outros fatores, entre eles adições de liga e geometria da amostra, interferem para afetar também as energias da fratura. Além disso, a alta taxa de deformação e a triaxialidade do teste Charpy o tornam mais propenso a induzir fragilidade, o que atrapalha ainda mais as águas. Essas desvantagens, no entanto, não impediram que o teste Charpy se tornasse provavelmente o método mais comum de medir dados de energia de impacto.