A presença de discordâncias é fundamental para explicar os mecanismos de deformação plástica nos metais. Sem a presença destes defeitos os metais seriam frágeis e quebradiços e não poderiam ser conformados em diversas formas por processos envolvendo deformação, tais como laminação e forjamento. A presença de discordâncias diminui a energia necessária para provocar o deslizamento de um plano de átomos em relação a outro.
A deformação plástica dos metais não pode ser explicada apenas pelo efeito da presença de discordâncias. Cristais iônicos, como o sal de cozinha, também possuem discordâncias e, entretanto, são frágeis. A explicação para este fenômeno reside no tipo de ligação química e na distribuição de cargas na rede cristalina. Quando uma deformação é imposta a um sólido metálico, um plano de cátions desliza sobre o outro, voltando novamente a sua posição estável sem danos à integridade da estrutura. Isto é possível porque durante o movimento a nuvem eletrônica que permeia o metal é capaz de contrabalançar a repulsão entre os cátions, mantendo a coesão dos planos. Nos cristais iônicos, os íons positivos e negativos estão situados em posições alternadas e bem definidas para manter o equilíbrio de forças eletrostáticas. Para que a mesma deformação ocorresse seria necessário deslocar um plano de átomos de tal forma que em determinado instante os cátions de um plano estariam sobrepostos aos cátions do outro plano e o mesmo ocorreria com os ânions. Neste instante, a repulsão eletrostática seria tão grande que haveria uma separação definitiva entre os planos cristalinos, denominado de clivagem provocando a fratura do cristal.
Os mecanismos de endurecimento baseiam-se essencialmente em restringir o movimento de discordâncias pela estrutura cristalina, através da introdução de obstáculos, tais como contornos de grão, outras discordâncias, átomos intersticiais ou substitucionais, ou ainda pela presença de precipitados de segunda fase.
- Endurecimento devido ao contorno de grão
O contorno de grão representa a região limite entre dois grãos adjacentes que possuem orientações cristalinas diferentes, e, portanto, atua como uma barreira à propagação de discordâncias, À medida que a deformação imposta prossegue, mais e mais discordâncias vão se acumulando próximas ao contorno, criando uma tensão recuo cada vez mais forte que tende a repelir o deslizamento de novas discordâncias.
- Endurecimento por deformação
Quando um metal é deformado plasticamente, um grande número de discordâncias é gerado. Em um material conformado a frio, a densidade de discordâncias é da ordem de 1011 a 1012 discordâncias/cm2. Efetuando-se um tratamento térmico de recozimento neste material, a grande maioria destas discordâncias é eliminada e a densidade se reduz para cerca de 106 a 108 discordâncias/cm2.
O endurecimento por deformação é também chamado de encruamento e é um dos métodos mais empregados para aumentar a resistência mecânica dos metais. Entretanto, há de se destacar que o aumento de resistência vem acompanhado de uma queda na ductilidade, ou seja, na capacidade do material sofrer posteriores deformações plásticas.
- Endurecimento por solução sólida
A presença de átomos substitucionais e/ou intersticiais na rede cristalina gera um campo de tensões à sua volta. Quando uma discordância se move em direção a estes átomos, ela “sente” este campo de tensões como um obstáculo à sua propagação e a resistência do material aumenta. Além do aumento de resistência, a presença de átomos de soluto causa outros efeitos colaterais nas ligas metálicas, tais como a diminuição da ductilidade, da condutividade elétrica e do ponto de fusão.
De modo geral, quanto maior a concentração de soluto e/ou a diferença de tamanho entre o átomo substitucional/intersticial e os átomos da rede, maior é a distorção da rede e, portanto, maior a dificuldade de deslizamento. Via de regra os átomos intersticiais possuem um efeito endurecedor muito maior do que os substitucionais.
- Endurecimento por precipitação
O endurecimento por precipitação ocorre quando partículas finamente dispersas de uma segunda fase precipitam-se no interior da matriz de fase principal, através de tratamentos térmicos adequados. Este tipo de mecanismo de endurecimento é largamente empregado em algumas ligas de alumínio, magnésio, titânio, níquel, cobre e em algumas ligas de aços inoxidáveis.