Para cada metal específico, existe uma temperatura crítica, abaixo da qual a fratura é frágil. O campo de transição define a passagem do comportamento frágil para o dúctil. O conhecimento do comportamento de cada material é essencial para objetivos de projeto. A temperatura de transição, em termos simples, é a temperatura abaixo da qual a fratura do material é frágil.
Existem certos conceitos básicos e abordagens que são descritas abaixo, para melhor entendimento da questão da temperatura de transição.
Tipos de materiais e campos de temperaturas de transição
Pode-se dividir o comportamento da temperatura de transição dos materiais em três grupos básicos, a saber:
- os metais com estrutura cfc de baixa e média resistência e a maioria dos que possuem estrutura hexagonal compacta, cuja tenacidade ao entalhe é alta e portanto não apresentam fratura frágil
- materiais de elevada resistência, como aços de alta resistência e ligas de alumínio e titânio, que possuem baixa tenacidade ao entalhe e portanto podem ter fratura frágil dentro do regime elástico em qualquer temperatura e taxa de deformação. Em baixas temperaturas a fratura ocorre por clivagem. Em altas temperaturas a fratura é do tipo ruptura de baixa energia.
- materiais com estrutura ccc de baixa e média resistência e materiais cerâmicos , que apresentam grande dependência da temperatura. Em baixas temperaturas a fratura é frágil . Em altas temperaturas a ruptura é dúctil. Existe portanto uma transição no comportamento da fratura de frágil para dúctil com o aumento de temperatura. Genericamente pode ser dito que para os metais a transição ocorre para valores entre 10 e 20% da temperatura absoluta de fusão. Para materiais cerâmicos este valor fica entre 50 e 70%.
Critérios para determinação da temperatura de transição
Para efeito práticos de projeto o conhecimento da temperatura de transição é essencial, pois a partir dela pode-se planejar as condições de serviço de forma a não ocorrer fratura frágil do componente projetado.
Existem vários critérios para estabelecer a temperatura de transição para um material.
O critério mais simples e mais seguro (mais conservador) é estabelecer a temperatura do patamar superior da curva de energia , com 100% de fratura fibrosa (ausência de clivagem). Este é o ponto representado por T1 na figura. O critério é denominado FTP (do inglês fracture transition plastic) ou transição para fratura plástica. Este critério usa uma larga margem de segurança o que o torna impraticável para muitas aplicações.
Um critério menos rígido define a temperatura de transição , T2, para 50% de fratura dúctil (ou frágil). A temperatura T2 é denominada temperatura de transição de aparência de fratura FATT (em ingles fracture appearance transition temperature) Observações tem mostrado que para níveis de fratura por clivagem menores que 70%, a probabilidade da falha ocorrer em temperaturas iguais ou superiores a FATT é muito pequena, para tensões não superiores a metade do valor de escoamento.
Uma outra aproximação para a temperatura de transição T3 é a média entre os valores dos patamares superior e inferior.
Outro critério é a temperatura de transição de ductilidade T4 associada com um valor arbitrário de energia absorvida CV (ver figura), estabelecido com base na experiência de ensaios Charpy. Por exemplo, este valor de energia foi fixado em 2,1 kgf.m para aços de baixa resistência, com base em inúmeros testes realizados com chapas para navios durante a segunda guerra. Isto significava que a fratura frágil não começaria se a energia absorvida tivesse o citado valor, na temperatura de ensaio. A temperatura de transição correspondente é um critério aceitável, entretanto o valor da energia especificado no exemplo não tem significado para outros materiais.
Por último, um critério mais acurado é fixar a temperatura de transição, T5, como sendo aquela na qual a fratura ocorre 100% por clivagem. Esta referência é conhecida como atemperatura de ductilidade nula NDT (em ingles nil ductility temperature) . Este ponto corresponde ao início de fratura praticamente sem nehuma deformação plástica prévia. A probabilidade de fratura dúctil abaixo desta temperatura é zero.
Outras influências sobre a temperatura de transição
A composição, elementos de liga e inclusões podem afetar a temperatura de transição do material. São os fatores metalúrgicos. Veja listagem destes fatores metalúrgicos.