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PÓS-GRADUAÇÃO EMENGENHARIA METALÚRGICA
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Metalurgia Física
Autor: Clarissa L. Lopes adpto: Kassim Shamil
Fadhil Al Rubaie
Prof.º Clarissa L. Lopes
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DIAGRAMAS DE FASES
Parte 2
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Diagrama de fases ou de equilíbro são mapas que permitemprever a microestrutura, composição e quantidade fase deum material em função da temperatura e composição de cadacomponente.
A introdução de elementos de ligano material
– Altera a composição
– Influencia no modo desolidificação.
Diagramas de Fases
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Fase e Solubilidade
fases da água:sólida, líquidae gasosa água e álcool
solubilidadeilimitada
Sal e águasolubilidade limitada
Água e óleo nãohá solubilidade.
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Solubilidade ilimitada
Fase e Solubilidade
Independente da quantidade de um ou outrocomponente haverá somente uma fase
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Solubilidade limitada
Fase e Solubilidade
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1. A mesma estrutura ou arranjo atômico;
2. Aproximadamente a mesma composição química epropriedades; e
3. Uma interface entre a própria fase e as fases vizinhas ouregião adjacentes.
Fase
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Equilíbrio - Estável e Metaestável
Equilíbrio estável ou equilíbrio de fases:
A energia livre é mínima para uma combinaçãoespecífica de T, P e composição.
As características não mudam com o tempo
Equilíbrio metaestável:
é um estado fora doequilíbrio que podepersistir por um períodode tempo muito longo.
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Este resultado indica que existe umgrau de liberdade e, portanto, umadas variáveis (T ou P) pode seralterada independentemente da
outra, mantendo-se a coexistênciade duas fases no sistema
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Este resultado indica que mesmoalterando, de modoindependente, duas variáveis(temperatura e pressão), osistema continua a ser
constituído pela mesma fase.
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Tipos de Diagramas de Fases e Sistemas
Regras deHome-Rothery
Raio
Estrutura Eletronegatividade Valência
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Sistema Binário Isomorfo
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Leitura dos Diagramas de FasesFases Presentes: Para uma coordenada do diagrama, verifica-sequais fases estão presentes.
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Leitura dos Diagramas de Fases
Composição de cada fase: Para uma coordenada qualquer,
verifica-se quantas fases existem
Se existir uma fase => a composição é lida diretamente dográfico.
Se existir duas fases => usa-se o método da linha deamarração (tie-line) Em uma dada temperatura, a tie-line se estende de uma
fronteira a outra do campo onde coexistem as duas fases. Marca-se as interseção entre a tie-line e as fronteiras Verifica-se as concentrações de cada fase no eixo
horizontalOBS: a composição de cada fase é determinada na interseçãoda tie-line com a fronteira que separa cada fase com o campodas duas fases.
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α
Leitura dos Diagramas de Fases
Composição de cada fase:
Líquido
α
Para uma liga com 35% de Ni
Na temperatura de 1250°C
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ExercícioDetermine a composição de cada fase da liga Cu-40%Ni a1300°C, 1270°C, 1250°C e 1200°C
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Leitura dos Diagramas de Fases
Quantidade de cada fase: Para uma coordenada qualquer,verifica-se a quantidade de cada fase. Se existir uma fase => tem-se 100% desta fase Se existir duas fases => usa-se a regra da Alavanca
Com apenas duas fases presentes, a soma das suas frações(quantidades) deve ser 1, logo,
Wα + WL = 1
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Diagrama de Fase e MicroestruturaNo Equilíbrio
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Segregação
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Segregação
Zoneamento observadona pedra Ágata
Consequências da solidificação fora
do equilíbrio:
• Segregação
• Zoneamento
• Redução da temperatura solidus• Diminuição das propriedades
• Pode haver a necessidade de
tratamento de homogeneização
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Microssegregação – Segregação química em produtosfundidos, também conhecida como segregaçãointerdendrítica ou coring ; - trinca a quente,
Não-equilíbrio e segregação
Tratamento de homogeneização – Tratamento térmico
utilizado para reduzir o fenômeno de microssegregaçãocausado durante a solidificação fora do equilíbrio;
Macrossegregação – A presença de diferenças decomposição em um material ao longo de grandesdistâncias, causada pelo solidificação de não-equilíbrio.
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Sistema Binário Eutético
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Reação que forma estrutura monofásica
Até 2% Sn a liga se comporta
exatamente como a liga Cu- Ni, uma solução sólidamonofásica
Essa liga ganha resistência
mecânica por: solução sólida,
encruamento e refino degrão.
R ã d i i ã F β
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Reação de precipitação – Fase β
Entre 2 e 19% Sn a liga forma
uma solução sólida α e depois precipita fase β.
A solubilidade de estanho em α édada
Pela linha solvus.A resistência mecânica desta liga
éfunção da quantidade de fase β
precipitada.
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Para o diagrama Pb – Sn determine:
a solubilidade do estanho no chumbo (α) a 100°C;
a solubilidade máxima de estanho no chumbo (α) e de chumbo noestanho (β);
A composição química deSn em em α e β.
a quantidade de β formada na
liga de Pb-10% Sn a 0°C;
Esboce a microestrutura
Exercício Reação precipitação – Fase β
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A fase dispersa dura e resistente deve ser descontínua,enquanto a matriz macia e dúctil deve ser contínua.(propagação de trinca)
As partículas de fase dispersa devem ser pequenas e
numerosas, ou seja, com grande área de superfície.(movimento das discordâncias)
É preferível que as partículas da fase dispersa tenham
formato esféricos em vez de agulhas e formatos pontiagudos.(concentração de tensões)
Propriedades Mecânicas x Precipitados
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Reação Eutética
Reação eutética: Líquido +
Neste caso a solidificação processa-se como num metal puro, no entanto, o produto é 2 fases sólidas distintas.
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Espaçamento Interlamelar: é a distância do centro de uma
lamela α até o centro da lamela β seguinte. O espaçamento
interlamelar é função da velocidade de crescimento do eutético.
Quanto menor o espaçamento maior a resistência mecânica
Tamanho da Colônia: No interior de cada colônia, a orientação
das lamelas no microconstituinte eutético é idêntica, mas a
orientação muda ao cruzar o contorno. Quanto mais refinada maior
a resistência mecânica
Resistência Mecânica de Ligas Eutéticas
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Quantidade do Eutético: Com quantidades crescentes do
microconstituinte eutético, a resistência mecânica da liga aumenta.
Microestrutura Al-Si: Placas finas e pontiagudas concentram tensões,
reduzindo a ductilidade e a tenacidade do material.
Resistência Mecânica de Ligas Eutéticas
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Para o diagrama Pb – Sn determine:
a composição e quantidade de cada fase em uma liga Pb-Sn de composição eutética;
Exercício Reação Eutética
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Quanto a liga possui composição MENOR que o
EUTÉTICO
Em ligas hipoeutéticas ocorre inicialmente a precipitação
de fase primária dendritas
de α proeutéticas ou primária;
O líquido eutético residual se
transforma em microestrutura
eutética.
Reação Hipoeutética
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Exercício Reação HipoeutéticaPara uma liga hipoeutética Pb-30%Sn, determine as fases
presentes, a quantidade de cada fase e sua composição a 300, 200184, 182°C. Para as mesmas temperaturas faça a evolução damicroestrutura.
A fase sólida α que se forma quanto o líquido é resfriado a
partir da temperatura liquidus até a eutética, denomina-se faseprimária ou proeutética.
A quantidade de microconstituinte eutético inicia-se a 183°C
e atinge 26% neste caso, pois, 74% já é fase α proeutética.
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Quanto a liga possui composição MAIOR que o EUTÉTICO
Em ligas hipereutéticas ocorre inicialmente a precipitação de fase primária dendritas de β proeutéticas;
O líquido eutético residual se transforma em microestrutura eutética.
Reação Hipereutética
RESUMO
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Zero grau de liberdade, por isso, a reação monotéticaé chamada uma Reação Invariante.
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Zero grau de liberdade, por isso, a reação eutetóide échamada uma Reação Invariante.
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Zero grau de liberdade, por isso, a reação preitetóideé chamada uma Reação Invariante.
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Reações Invariantes em Diagramas de Fase
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Reações Invariantes em Diagramas de Fase
Ponto de Fusão Congruente
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Ponto de Fusão Congruente
Resumo
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Resumo Ao diagramas de fases são apresentações gráficas das
fases presente num sistema material a várias temperaturas,
composição e pressões
Os diagramas de fases binários indicam-nos quais as fasespresentes para diferentes temperaturas e composiçõesquando o processo ocorre próximo do equilíbrio.
Nos diagramas Binários e Isomorfo os dois componentes
Nas regiões bifásicas a composição química de cada fase é
dada pela extremidade dos campos. As proporções de cada fase é dada aplicando-se a regra da
alavanca.
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