• Nenhum resultado encontrado

Diagramas de fases: Limite de solubilidade Microestrutura Diagramas em sistemas metálicos monocomponentes Diagramas em sistemas binários Nucleação

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2021

Share "Diagramas de fases: Limite de solubilidade Microestrutura Diagramas em sistemas metálicos monocomponentes Diagramas em sistemas binários Nucleação"

Copied!
40
0
0

Texto

(1)

Diagramas de fases:

●Limite de solubilidade

●Microestrutura

●Diagramas em sistemas metálicos monocomponentes

●Diagramas em sistemas binários

●Nucleação

●Crescimento e segregação de fases

●Transformação de fases em metais

(2)

Diagramas de fases:

●Limite de solubilidade

●Microestrutura

●Diagramas em sistemas metálicos monocomponentes

●Diagramas em sistemas binários

(3)

Os Diagramas de Fase são ferramentas para:

1- A formulação e desenvolvimento de novas ligas metálicas,

2- Estudo do efeito da adição de elementos de liga sobre a estabilidade e formação de fases em função da temperatura,

3- Análise e previsão da formação de morfologias das microestruturas a partir da solidificação e mudanças de fase no estado sólido,

4- Estudo da formação de segunda fase para reforço de ligas, 5- São a base termodinâmica para os tratamentos térmicos, termoquímicos e termomecânicos.

(4)
(5)

Diagrama de fase Binário Cu-Ni

Sistema isomorfo:

É o sistema binário mais simples onde ocorre um único tipo de estrutura cristalina para todas as proporções dos dois componentes totalmente miscíveis que compõe a liga, ou seja, para quaisquer proporções apresentam-se como soluções sólidas.

(6)
(7)

Composições:

Em T

A

: somente líquido (L)

C

L

= C

0

= 35 % Ni

Em T

D

: somente sólido (

α

)

C

α

= C

0

= 35 % Ni

Em T

B

: L +

α

C

L

= 32 % Ni

C

α

= 43 % Ni

(8)

Ponto A

Número de componentes, C =1 (Cu puro)

Número de fases, P = 2 (fases: sólida e líquida).

2 + F = 1 + 1 F = 0

Assim, o ponto A é um ponto

invariante, isto é, a

temperatura de fusão do cobre puro é única.

A

(9)

Ponto B ou ponto C

Número de componentes, C = 2 (Cu + Ni)

Número de fases, P = 1

(B: fase líquida e C: fase sólida).

1 + F = 2 + 1 F = 2

Assim, nos pontos B e C são

necessárias duas variáveis para definir o estado do sistema, a composição e a temperatura. Em B a temperatura é de 1450 °C e a composição é 20 % em Ni. Em C a temperatura é de 1100 °C e a composição é 60 % de Ni. ●B ● C Diagrama de fases Cu – Ni

(10)

Assim, para descrever o estado no ponto D

basta uma variável, ou a temperatura ou a composição química de uma das fases (L ou α). Desta maneira, se for especificada a temperatura de 1275 °C, a composição da fase líquida é de 38 % de Ni e da fase

sólida de 50 % de Ni. Por outro lado, se for especificada a composição química de

uma das fases em equilíbrio termodinâmico, a composição da outra fase e a temperatura são automaticamente definidas.

Ponto D

Número de componentes, C = 2 (Ni e Cu) Número de fases, P = 2 (sólido em equilíbrio termodinâmico com o líquido).

2 + F = 2 + 1 F = 1 Diagrama de fases Cu – Ni ● D CL Cα

(11)

De acordo com a regra das fases:

+ = + 1 (pressão constante)

- Condições para equilíbrio invariante: = 2; = 3, = 0

(não existe 3 fases em equilíbrio neste sistema) -Condições para equilíbrio univariante:

= 2; = 2; = 1 (aplicável na região em branco L + α) - Condições para equilíbrio bivariante:

= 2; = 1; = 2

(aplicável nas regiões verde (L) e azul (α)

(12)

Determinação das quantidades das fases L e

α

na região bifásica

♦ As quantidades relativas das fases em

equilíbrio podem ser calculadas do

diagrama de fases. Na região monofásica apenas uma fase está presente, então, a liga está composta integralmente por essa fase. Exemplo, no ponto D, a liga é composta integralmente da fase α,

contendo 35 % de Ni e 65 % de Cu.

♦ Na região bifásica, a determinação é

mais complexa, aplica-se a Regra da

(13)

Determinação das frações mássicas de L e

α

na região bifásica de equilíbrio

Na temperatura de 1250 °C, ponto B, ambas as fases, L e α, estão presentes, para uma liga contendo 35 % em peso de Ni e 65 % em peso de Cu. As frações mássicas de cada uma

dessas fases, ,podem ser calculadas a partir dos comprimentos dos segmentos R e S, empregando-se a Regra da Alavanca.

Composição global da liga: = 35 % 65 %

Em TA: fase somente líquida, = 100 %, = 0, ou seja, a liga contém 35 % de Ni e 65 % de Cu

Em TD: fase somente sólida, = 100 %, = 0, a liga contém 35 % de Ni e 65 % de Cu

Em TB: = = !" # !" $ = %&"&' %&"&( = 0,73 (73 %); = = #" $ !" $ = &'"&( %&"&( = 0,27 (27 %)

(14)
(15)
(16)

α(43%Ni)

Resfriamento lento da liga 35 % em peso de Ni:

♦ A 1300 °C (ponto a), a liga está no estado líquido,

composição: L (35 % p. de Ni e 65 % p. de Cu).

♦ A 1260 °C (ponto b), os primeiros núcleos de

sólido (α) começam a se formar, composições: α (49 % p. Ni e 51 % p. Cu) e L (35 % p. Ni e 65 p. Cu).

♦ A 1250°C (ponto c), a fração mássica da fase α

aumenta, mostrando uma redistribuição de Cu e Ni, composições: α(43 % p. Ni e 57 % p. Cu) e L (30 % p. Ni e 70 % p. Cu).

♦ A 1220°C (ponto d), a solidificação está quase

que concluída, composições: α(35 % p. Ni e 65 % p. Cu) e L (23 % p. Ni e 77 % p. Cu).

♦ A 1220°C (ponto d), a solidificação está quase

que concluída, composições: α(35 % p. Ni e 65 % p. Cu) e L remanescente (23 % p. Ni e 77 % p. Cu).

♦ A 1170°C (ponto e), a solidificação está concluída,

forma-se uma solução sólida policristalina de

composição uniforme, α (35 % p. Ni e 65 % p. Cu).

(17)
(18)
(19)

Resfriamento fora das

condições de equilíbrio

♦ Resfriamento levemente rápido

(condições que ocorre na indústria )

A curva solidus se desloca

dependendo da taxa de resfriamento, quanto mais lento o resfriamento

menor o deslocamento.

♦ No líquido a difusão é rápida, mas no

sólido é lenta. Forma-se uma estrutura sólida estratificada.

(20)

Estruturas zonadas – segregação

Tratamento térmico de homogeneização:

Realizado em temperatura abaixo da linha de

solidus, por período de tempo adequado para

permitir o processo de difusão e homogeneização da composição do sólido

(21)

Taxa rápida de resfriamento:

Estrutura encaroçada

Taxa baixa de resfriamento:

(22)

Solidificação fora do equilíbrio:

Consequências: segregação zoneamento

prejudica propriedades

necessidade de recozimento

Microestrutura fora do equilíbrio

(23)

Propriedades mecânicas das ligas isomorfas

As propriedades mecânicas são afetadas pela composição, enquanto que as demais variáveis estruturais (ex.: tamanho de grão) são mantidas constantes

(24)
(25)

Diagrama de fases eutético binário

♦ Três regiões monofásicas: α, β e líquido (L). ♦ Fase α: Cu (solvente) e Ag (soluto), estrutura CFC. ♦ Fase β: Ag (solvente) e Cu (soluto), estrutura CFC. ♦ Solubilidade limitada da Ag no Cu e vice-versa. ♦ Três regiões bifásicas: α+ β, α + L e β + L.

♦ Ponto invariante eutético, E. ♦ Linha liquidus: separa as

regiões L/(α+ L) e L/(β + L).

Linha solidus: separa as

regiões (α + L)/ /α e (β + L)/β.

♦ Linha solvus: separa os

(26)

As linhas liquidus, AE e FE, se encontram no ponto E, designado pela composição , (71,9 % em peso de Ag e 28,1 % em peso de Cu) e pela temperatura -, (779 °C). ♦ Linha BEG (isoterma eutética) a 779 °C, contém o ponto E.

♦ No ponto E, as três fases (α, β e L) estão em equilíbrio, uma fase líquida (L) se

transforma em duas fases sólidas (α + β) na temperatura em torno de -,: . ,

/ 0/ 1 23 ⇄

15 6 23

7 , + 8( 9,)

que é chamada de reação eutética.

♦ Reação eutética para o sistema Cu – Ag:

. 71,9 % . <=

/ 0/ 1 23 ⇄

15 6 23

(27)

Diagrama de fases chumbo – estanho

Ligas de baixa temperatura de fusão: Sn 60 % em peso e Pb 40 % em peso (solda de estanho 60-40) que se funde completamente em 185 °C.

(28)

Regra das fases

...

Regiões

α

ou (

α

+

β

)

C = 2 (Cu e Ag), P = 1 (α ou + ), N = 1 (P = const.) F = 2 (para descrever as fases existentes é

preciso especificar duas variáveis (temperatura e composição)).

Região (L +

α

)

C = 2 (Cu e Ag), P = 2 (α e L), N = 1 (P = constante) F = 1 (para descrever as fases existentes é preciso apenas especificar uma variável (temperatura ou composição de uma das fases ( ou )).

(29)

Determinação das frações mássicas de

α

e

β

na região monofásica (

α

+

β

)

Para uma liga 40 % Sn e 60 % Pb a 150

°

C:

Fases presentes: αe β Composição das fases:

= 11 % ?2 89 % @

9 = 99 % ?2 (1 % @)

Quantidade relativa de cada fase:

= 99 − 40 99 − 11 = 59 88 = 0,67 (67 % 7) 9 = 40 − 11 99 − 11 = 29 88 = 0,33 (33 % 8)

(30)
(31)
(32)
(33)

As transformações de fases envolvem difusão, que são dependentes do tempo

(34)
(35)
(36)
(37)
(38)
(39)
(40)

Referências

Documentos relacionados

Dados de precipitação das cidades de Petrolina e Pesqueira (Pernambuco), Barra do Corda e Carolina (Maranhão) localizadas nas regiões de vegetação do tipo Caatinga,

A deis- cência anastomótica e/ou da sutura da gastrectomia linear realizada na construção do tubo, a necrose da plastia e a estenose da anastomose são as principais e mais

A sociedade era dividida em três estados: Primeiro Estado: Clero (0,5%), Segundo Estado: Nobreza (1,5%), Terceiro Estado: Burguesia, artesãos, camponeses, trabalhadores

Nos restantes tipos de prancha, a longarina é fabricada em madeira, como é indicado na Figura 7, (apenas em pranchas com uso superior ao normal), podendo

Uma biblioteca para criação de máquinas virtuais baseadas em processadores de rede / Telvio Martins de Mello ; orientador: Sérgio Colcher.. ;

Mestrado em: Nutrição Humana ou Nutrição Clínica ou Saúde Coletiva ou Ciências da Saúde ou Ciências ou Saúde ou Alimentos e Nutrição e Desenvolvimento na

Na Tabela 4, podemos observar que há uma correlação positiva, apesar de moderada entre a produção de geléia real por cúpula e o peso das larvas após 48

5.2.2.2- Cássia Figueiredo Rossi Dardengo - PAD (15-017092) – aprovada, por unanimidade, por proposição da Conselheira Maria Goreti de Almeida Oliveira,