Grão (metalurgia)

Na metalurgia, grão (do termo latino granu) é um cristal isolado na matéria em estado sólido. O tamanho do grão é um fator importante para avaliar as propriedades mecânicas de um material policristalino, em especial a dureza, a resistência à corrosão e o limite de escoamento.

Descrição

Grãos adjacentes geralmente possuem diferentes orientações cristalográficas e um contorno de grão em comum e, durante a deformação plástica, o escorregamento ou o deslocamento de discordâncias deve ocorrer neste contorno, de um grão A para outro B. O contorno de grão funciona como uma barreira a estes deslocamentos, por duas razões:

• Como os dois grãos possuem diferentes orientações cristalográficas, a discordância, ao passar do grão A para o B, precisa alterar sua direção de deslocamento, o que se torna mais difícil a medida que as desorientações aumentam
• A desordem atômica nos contornos de grão resulta na descontinuidade dos planos de escorregamento entre um grão e outro

Assim, um material com grãos mais finos possui maior dureza e resistência mecânica do que um material com grãos grosseiros, pois os primeiros possuem maior número de contornos de grão.

Para muitos materiais, a tensão mínima de escoamento varia com o tamanho de grão de acordo com a seguinte relação:

$\sigma _{y}=\sigma _{0}+{\frac {k_{y}}{\sqrt {d}}}$

Nesta expressão, chamada de equação de Hall-Petch, "σ_y" é o limite de escoamento, "d" é o tamanho médio do grão e "σ₀" e "k_y" são constantes particulares do material.

Além disso, a diminuição tamanho dos grãos também eleva a dureza de várias ligas, sendo possível escrever outra relação empírica da seguinte forma:

$H_{y}=H_{0}+{\frac {k_{y}}{\sqrt {d}}}$

onde "H_y" é a dureza, "d" é o tamanho médio dos grãos e "H₀" e "k_y" são constantes particulares do material.

Com isso, é possível melhorar significativamente as propriedades mecânicas de uma liga metálica através, por exemplo, de um processo de normalização, que consiste no resfriamento rápido do material, estimulando a nucleação de grãos e inibindo o crescimento. Como resultado, a liga metálica apresenta grãos pequenos.

Por exemplo, o aço liga 4340 recozido (aquecido a 810 °C e resfriado a uma taxa de 11 °C por hora) possui uma tensão de escoamento de aproximadamente 470 megapascal e uma dureza de 17 HRC. Este mesmo aço, se passar por um processo de normalização, apresenta tensão de escoamento de cerca de 860 megapascal e dureza de 40 HRC.

Os processos de medição do tamanho do grão são os seguintes:

• Ocular padronizada
• Método planimérico de Jeffries
• Método dos interceptos de Heyn

Ver também

• Metalografia