Técnicas para simulação precisa de deformação

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A fluência é causada fundamentalmente pela movimento termicamente ativado de defeitos dentro da estrutura do material. Em temperaturas elevadas, esses defeitos (principalmente vacâncias e deslocamentos) se movem e se reorganizam, causando deformação permanente sob estresse contínuo.

A fluência em materiais não é meramente uma falha macroscópica; é um processo complexo e irreversível impulsionado pela física microestrutural. Quando os componentes operam em temperaturas acima de sua temperatura homóloga crítica (normalmente 0,4T_m), torna-se disponível energia térmica suficiente para ativar processos atômicos ou microestruturais. Essa energia permite que os defeitos cristalinos superem as barreiras energéticas locais.

A deformação permanente é, portanto, regida por três categorias principais de movimento na estrutura cristalina e na estrutura de grãos:

1. Movimento de deslocamento: O movimento de defeitos de linha (deslocamentos) através da estrutura cristalina por meio de escalada e deslizamento.
2. Difusão atômica: A migração de átomos ou vacâncias através da estrutura ou ao longo dos limites dos grãos.
3. Deslizamento de contorno de grão (GBS): O movimento tangencial relativo de grãos adjacentes.

O mecanismo dominante depende muito das condições específicas de estresse e temperatura. Entender qual mecanismo controla a taxa de deformação é a primeira etapa para realizar uma análise significativa da taxa de deformação. simulação de fluência.

Uma vez que vários processos ativados termicamente conduzem essa degradação do material. O resultado fluência em materiais raramente é controlada por um único fator. De fato, a taxa de deformação macroscópica depende muito da interação específica da tensão aplicada, da temperatura e da microestrutura (como o tamanho do grão). Portanto, para realizar uma simulação de fluênciaos engenheiros devem definir rigorosamente as leis cinéticas fundamentais que regem cada processo físico dominante. As seções a seguir detalham esses mecanismos essenciais, incluindo a fluência por deslocamento e a fluência por difusão, que determinam a resposta dependente do tempo do material.

2.1. Fluência controlada por difusão (baixa tensão/Nabarro-Herring e Coble)

Os processos de difusão dominam a resposta de fluência em altas temperaturas e baixas tensões.

• Fluência de Nabarro-Herring (difusão de rede):Esse mecanismo envolve a difusão de átomos pela estrutura cristalina (difusão em massa). O movimento é impulsionado por gradientes de vacância induzidos por estresse. Consequentemente, a taxa de deformação por fluência é inversamente proporcional à quadrado do tamanho do grão ().

em que é a taxa de deformação, σ é a tensão aplicada, d é o tamanho do grão, Qd é a energia de ativação para difusão, R é a constante universal de gás, T é a temperatura absoluta e A1 é uma constante dependente do material.

• Coble Creep:Esse mecanismo envolve o transporte atômico concentrado ao longo dos limites dos grãos. A fluência de Coble predomina em materiais de granulação fina. Portanto, a taxa de deformação é inversamente proporcional à cubo do tamanho do grão ().

2.2. Fluência de deslocamento (Fluência de lei de potência/Lei de Norton)

A fluência de deslocamento controla a deformação em níveis de tensão moderados a altos. Ela é caracterizada pelo movimento de deslocamentos. Os deslocamentos se movem por deslizamento e por ativação térmica escalada.

A escalada permite que os deslocamentos contornem obstáculos por meio da troca de vagas com a rede. A taxa de deformação em estado estável segue a Lei de Potência de Norton, em que a taxa é proporcional à tensão elevada a uma potência n. Para a fluência de deslocamento, o expoente de tensão normalmente varia de 3 a 8.

A equação demonstra claramente a dependência exponencial da temperatura (T) e a dependência não linear da tensão (), onde é o expoente de estresse.

2.3. Fluência por arraste de soluto

A fluência por arraste de soluto é um mecanismo caracterizado pela resistência imposta pelos átomos de soluto ao movimento de deslocamento. Os átomos de soluto se agrupam em torno do núcleo do deslocamento, formando uma Atmosfera de Cottrell. Como resultado, o deslocamento requer uma energia maior para se separar desse agrupamento. Esse mecanismo aumenta a resistência à fluência ao aumentar a energia de ativação efetiva necessária para o movimento de deslocamento.

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