Fratura dos Materiais (Frágil e Dúctil).

Fratura é a separação de um corpo em duas ou mais partes  quando submetido a um esforço mecânico.

• Fratura dúctil ocorre apenas após extensa deformação plástica e se caracteriza pela propagação lenta de trincas resultantes da nucleação e crescimento de microcavidades.
• Fratura frágil ocorre pela propagação rápida de trincas, acompanhada de pouca ou nenhuma deformação. Nos materiais cristalinos ocorre em determinados planos cristalinos chamados planos de clivagem ou ao longo dos contornos de grão.

Fratura dúctil por coalescimento de microcavidades

Um material convencional possui um grande número de heterogeneidades microestruturais que podem atuar como sítios de nucleação de cavidades.

A observação detalhada da superfície de fratura causada por este mecanismo com lupa ou microscópio eletrônico de varredura revela a presença de alvéolos (“dimples”), que são os remanescentes das cavidades nucleadas.

O colapso plástico se desenvolve nas fronteiras das microcavidades levando à ruptura gradual e contínua do material.

Aspecto da fratura dúctil. Deformação antes da ruptura.

Fratura frágil por clivagem

A fratura frágil em geral é aproximadamente perpendicular à tensão de tração aplicada e produz uma superfície relativamente plana e brilhante.

Nos materiais cristalinos corresponde à quebra sucessiva das ligações atômicas ao longo de um plano cristalográfico característico, chamado plano de clivagem.

Este modo de fratura é característico de metais que apresentam algum impedimento para o escorregamento de discordâncias alta resistência mecânica.

Aspecto da fratura frágil.
Deformação imperceptível antes da ruptura.

Desta forma, sabemos que todos os materiais se rompem quando submetidos a um carregamento no qual a tensão seja maior que aquela da sua resistência mecânica. Contudo, o comportamento ao longo desse processo pode classificar os materiais em dois grandes grupos: há os que fraturam sem ‘ceder’ e os que ‘cedem’ nitidamente antes de se fraturar. Ao primeiro grupo denominamos materiais frágeis (que apresentam fratura frágil) e, ao segundo, materiais dúcteis. O vidro é um exemplo típico de material frágil e o cobre, um exemplo de material dúctil (a ductilidade está associada à capacidade que um material apresenta, de ser transformado em fios).

Uma boa maneira para se observar a diferença no comportamento entre os materiais é submetendo-os a um ensaio de tração. Fazendo-se um gráfico da força em função do deslocamento, é possível caracterizar um material entre os dois grupos. Materiais frágeis rompem-se com pequeno deslocamento e mostram maior resistência mecânica, Figura 01.

A maioria dos materiais metálicos, ao ser submetida a uma tensão crescente, se comporta dentro do grupo dos que ‘cedem’ antes de romper. Porém, certas ligas, especialmente quando tratadas termicamente (na linguagem da metalurgia, denomina-se este tipo de tratamento de têmpera), são muito resistentes, porém, frágeis. Com tratamentos térmicos adequados essa situação pode ser revertida em diferentes graus! Os resultados poderiam ser vistos como linhas intermediárias entre as descritas na Figura 01 e os materiais combinariam as melhores propriedades ‘entre os dois mundos’.

Estes aços são denominados – na literatura de língua portuguesa – como aços de alta resistência e baixa liga, ou, abreviadamente, ARBL e em inglês HSLA - high strength low alloy.

A classificação imediata dos materiais nas categorias dúctil ou frágil, contudo, não é tão simples quanto pode parecer (ver Figura 02). Dependendo das condições do teste, o comportamento do material pode variar de forma surpreendente!

Fonte:

Ensaios Mecânicos por Maurício de Oliveira

da Equipe de Formação de Inspetores – EFI / SINDIPETRO-LP.

Fratura dos Materiais - Noções de Mecânica da Fratura por Cláudio G. Schön

Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais / Escola Politécnica - USP.

Introdução à Engenharia Metalúrgica por Nestor Cezar Heck 

UFRGS – DEMET.