A fadiga em ligas metálicas é responsável por grandes prejuízos à indústria, causados por componentes que falham inesperadamente sob cargas que eles deveriam suportar com folga. Falhas desse tipo também são responsáveis por grande parte dos “recalls” feitos pela indústria automobilística para a substituição de componentes que podem apresentar defeitos.

Agora, pesquisadores da Universidade de Michigan, nos Estados Unidos, lançaram alguma luz sobre esse tipo de falha inesperada. Ao explicar por que ela acontece, torna-se possível descobrir formas de evitá-la.

Ligas metálicas policristalinas

As ligas metálicas são sólidos formados por pelo menos dois elementos metálicos diferentes. Esses elementos são misturados em estado líquido, fundidos. Quando eles resfriam e voltam a se solidificar, são criados minúsculos cristais em sua estrutura atômica, formando o que se chama de um material policristalino.

No interior de cada cristal, os átomos se organizam em um padrão – uma estrutura que se repete de forma periódica. Contudo, essas estruturas não são perfeitas, elas apresentam falhas, possuindo locais vagos onde, teoricamente, deveria haver um átomo.

Difusão

Em um processo chamado de difusão, os átomos dos dois elementos procuram tirar vantagem dessas lacunas, “saltando” pelo material para ocupar os espaços vagos e alterando a estrutura da liga metálica.

“É como uma dança das cadeiras. A difusão acontece em praticamente todos os materiais, e os materiais podem se degradar porque a difusão causa determinadas alterações na estrutura do material,” explica do Dr. Katsuyo Thornton.

Rupturas nas ligas metálicas

O que Thornton e seus colegas demonstraram é que os átomos dos diferentes elementos “saltam” de forma muito diferente através do material devido à diferença da intensidade de suas ligações com os átomos vizinhos. Essa discrepância na taxa de movimentação dos átomos de cada elemento gera uma difusão maior ao longo das fronteiras dos cristais, levando a uma degradação acelerada do material.

“Em alguns casos, a difusão na fronteira dos grânulos é 100 vezes maior do que aquilo que comumente se espera,” diz Thornton. “Esta é uma descoberta muito genérica. É por isto que ela é importante. Ela se aplica a uma grande variedade de materiais. Ela se aplica a materiais eletrônicos policristalinos, como as soldas.”

Substituição das soldas com chumbo

As soldas tradicionais são feitas com ligas de chumbo, mas há um esforço internacional para a substituição desse metal pesado. Contudo, nenhum substituto tecnicamente à altura foi encontrado até agora. Um dos maiores problemas está nos chamados “bigodes de estanho,” que crescem a partir dos pontos de solda e que já foram responsáveis por falhas em satélites artificiais, com enormes prejuízos.

Por isso os pesquisadores agora planejam aplicar sua teoria aos novos de materiais de soldagem, para tentar descobrir a razão do crescimento desses bigodes nas soldas sem chumbo e tentar evitá-los.