4-4. Fratura frágil e fratura dúctil Já vimos que todos os materiais se

ENG06638-Introdução à engenharia metalúrgica
Nestor Cezar Heck / UFRGS – DEMET
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4-4. Fratura frágil e fratura dúctil
Já vimos 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 4-4.
Figura 4-4: Diagrama força versus deslocamento mostrando um
comportamento do tipo frágil (curva a) e um comportamento dúctil
(curva b)
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 1, 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 4-4 e os materiais combinariam as melhores propriedades
‘entre os dois mundos’.
1
Na linguagem da metalurgia, denomina-se este tipo de tratamento de têmpera
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A classificação imediata dos materiais nas categorias dúctil ou frágil, contudo, não é tão
simples quanto pode parecer (ver Figura 4-5). Dependendo das condições do teste, o comportamento
do material pode variar de forma surpreendente!
Uma das hipóteses para a causa do naufrágio do navio HMS Titanic, que colidiu com um
‘iceberg’ durante uma noite, na sua viagem inaugural entre a Europa e os Estados Unidos, em 1912,
seria a fragilidade do seu aço nas águas frias do atlântico norte. Se, para muitos especialistas, esse
pode não ter sido o caso, por outro lado todos concordam que esse problema, para os aços
empregados em oleodutos e gasodutos em regiões frias da terra, é muito real.
O transporte de gás natural e de petróleo cru, dos locais da produção até os centros de
processamento e consumo, é realizado da forma mais econômica possível com o emprego de dutos. A
demanda por uma capacidade de transporte elevada – grandes diâmetros – com a necessária
segurança – o que significa dizer que fraturas frágeis devem ser evitadas – foi uma das forças motrizes
que incentivou o desenvolvimento de aços especiais a partir dos anos 70 do século XX, capazes de se
comportar de modo dúctil especialmente sob condições árticas 2.
Estes aços são denominados – na literatura de língua portuguesa – como aços de alta
resistência e baixa liga, ou, abreviadamente, ARBL.
Figura 4-5: Comportamento frágil e dúctil de alguns materiais após um ensaio de
tração sob diferentes condições (a formação de um pescoço no corpo de
prova é típico de uma fratura dúctil):
Vidro:
Polímero:
Aço comum:
2
A à temperatura de 527°C
C tracionado lentamente
E à temperatura ambiente
B à temperatura ambiente
D tracionado rapidamente
F à temperatura de -73°C
Esta é a aplicação dominante do metal nióbio nos aços, do qual o Brasil é o principal produtor mundial