Aula 09 - Diagramas de fases_ISOMORFO_EUTETICO

(1)

Diagramas de fases

Prof C Brunetti

Prof. C. Brunetti

(2)

Diagrama de Fases - Definições

 DIAGRAMA DE FASES



Informa sobre a microestrutura do material,

em função da temperatura e composição



Permite visualizar a solidificação e a fusão



Permite visualizar a solidificação e a fusão



Prediz as transformações de fases



Prediz as transformações de fases

SOLUBILIDADE COMPLETA SOLUBILIDADE COMPLETA SOLUBILIDADE INCOMPLETA

(3)

Diagrama de Fases - Definições

 LIMITE DE SOLUBILIDADE



Definição:

Limite

de

Solubilidade

é

a

t

ã

á i

d át

d

l t

d

concentração máxima de átomos de soluto que pode

dissolver-se no solvente, a uma dada temperatura,

para formar uma solução sólida

para formar uma solução sólida.



Quando o limite de solubilidade é ultrapassado



Quando o limite de solubilidade é ultrapassado

forma-se uma segunda fase com composição

distinta

(4)

Diagrama de Fases - Definições

(5)

Diagrama de Fases - Definições

 FASE



Definição: “Fase é a parte homogênea de um



Definição: Fase é a parte homogênea de um

sistema que tem características físicas e

químicas definidas.”



Todo metal puro é considerado uma fase



Uma fase é identificada pela sua composição

química e microestrutura



A interação de duas ou mais fases em um

material permite a obtenção de propriedades

diferentes



É

í l lt

i d d

d

t i l



É possível alterar as propriedades do material

(6)

Diagrama de Fases - Definições

 DIAGRAMA DE FASE (Equilíbrio)



Definição: “é um diagrama utilizado para a



Definição: é um diagrama utilizado para a

determinação das fases presentes numa liga,

para qualquer temperatura e composição, desde

que a liga esteja em equilíbrio ”

que a liga esteja em equilíbrio.



Termodinamicamente o equilíbrio é descrito em

m

qu

m

termos da energia livre (energia máxima que

pode ser liberada)



Um sistema está em equilíbrio quando a energia

livre é mínima



O equilíbrio de fases ocorre quando as fases (e

suas características) não se alteram com o

tempo.

(7)

Diagrama de Fases - Definições



A partir dos diagramas de fase, podem obter-se

informações importantes, tais como:

 Mostrar, em condições de arrefecimento lento (equilíbrio),

quais as fases presentes para diferentes composições e quais as fases presentes para diferentes composições e temperaturas;

 Indicar em condições de equilíbrio a solubilidade no  Indicar, em condições de equilíbrio, a solubilidade no

estado sólido de um elemento (ou composto) em outro;

 Indicar a temperatura à qual uma liga arrefecida em  Indicar a temperatura à qual uma liga, arrefecida em

condições de equilíbrio, começa a solidificar, assim como o intervalo de temperaturas em que a solidificação ocorre;

 Indicar a temperatura à qual as diferentes fases

(8)

Í

Diagrama de Fases - Definições



FASES DE EQUILÍBRIO:

 suas propriedades (ou características) não se alteram

com o tempo Geralmente são representadas nos com o tempo. Geralmente são representadas nos diagramas por letras gregas.



FASES METAESTÁVEIS:

 suas propriedades (ou características) mudam lentamente

com o tempo, ou seja, o estado de equilíbrio não é

l d A di ã há d it

alcançado. Apesar disso, não há mudanças muito perceptíveis com o tempo na microestrutura das fases metaestáveis.

(9)

Diagrama de Fases - Definições



Classificação dos diagramas de equilíbrio das

ligas binárias:

g

n

・ Ligas cujos componentes são totalmente solúveis tanto no

estado líquido como no sólido; estado líquido como no sólido;

・ Ligas cujos componentes são completamente insolúveis no

d ól d estado sólido;

・ Ligas cujos componentes são parcialmente solúveis no estadoLigas cujos componentes são parcialmente solúveis no estado

sólido;

・ Ligas cujos componentes podem formar em parte ・ Ligas cujos componentes podem formar, em parte,

compostos intermetálicos, os quais podem, por sua vez, ser inteiramente solúveis, parcialmente solúveis ou completamente insolúveis em um ou em ambos os excessos completamente insolúveis em um ou em ambos os excessos dos componentes.

(10)

Ligas cujos componentes são totalmente solúveis tanto no estado líquido como no sólido



A liga, neste caso,

g ,

,

corresponde à

conhecida “solução

ólid ”

sólida”;



Também conhecido

c m

Di r m d

como

Diagrama de

Equilíbrio Isomorfo.

(11)

Ligas cujos componentes são totalmente solúveis tanto no estado líquido como no sólido

・ Isomorfo: quando a

solubilidade é completa (Exemplo: sistema Cu-Ni); ・ Metais puros;Metais puros;

・ Diversas composições; ・ Pontos de fusão (puros); ・ Pontos de fusão (ligas); ・ Linha “Liquidus”: indica a

região no diagrama de fases região no diagrama de fases onde as composições

correspondem a fase líquida; ・ Linha “Solidus”: indica a região

onde as composições

(12)

Interpretação do Diagrama de Fases

・ Fases presentes: localiza-se no diagrama de fases a

temperatura e composição temperatura e composição desejadas e verifica-se o número de fases presentes. ・ Composição química das

fases: usa-se o método da “linha de amarração”

(i ) (P i

(isoterma). (Para um sistema monofásico a composição é a mesma da liga)

・ Percentagem das fases: quantidades relativas das fases presentes para uma fases presentes para uma determinada composição (Regra da Alavanca)

(13)

Interpretação do Diagrama de Fases

・ Determinação das fases

presentes e suas composições químicas:

・ Constrói-se uma “linha de

amarração” através da região bifásica para uma determinada bifásica para uma determinada temperatura “T” da liga;

・ Anotam-se as interseções da

“linha de amarração” com as fronteiras (pontos “A” e “B”)

Linha de Amarração Linha de Amarração

fronteiras (pontos A e B ) entre as fases em ambos os lados; ・ Traçam-se linhas A B T AA BB T perpendiculares à “linha de amarração” a partir dessas interseções até o eixo

horizontal das composições, p ç , onde a composição em cada uma das respectivas fases pode ser lida.

(14)

Regra da alavanca

S

C

-C

C

-C

W

L L





R

S

  

S

C

-C

C

-C

W

L L S





R

  W_L = concentração em peso da fase líquida L   L fase líquida W_S= concentração em peso da fase sólida C_o = concentração em peso de Ni presente na liga C = concentração de Ni C_L = concentração de Ni

presente na fase líquida C = concentração de Ni

(15)

Regra da alavanca

Uma liga Cu+Ni com composição quimica inicial de 45% Cu está aquecida a 1300 C. Determine:

1-As fases presentes

2-A composição quimica das fases 3- A quantidade relativa das fases

(16)

Desenvolvimento da microestrutura

・ A microestrutura só segue o diagrama de equilíbrio para velocidades de solidificação velocidades de solidificação lentas

・ Quando não há tempo para aQuando não há tempo para a difusão completa as

microestruturas não são exatamente iguais às do equilíbrio

equilíbrio

・ O grau de afastamento do

equilíbrio dependerá da taxa de f i

q p

resfriamento

・ Como conseqüência da

solidificação fora do equilíbrio solidificação fora do equilíbrio tem-se a segregação, ou seja, a distribuição dos 2 elementos no grão não é uniforme, sendo o centro do grão mais rico com o centro do grão mais rico com o elemento de maior ponto de fusão.

(17)

Exercícios

Q ais as fases p esentes Quais as fases presentes;

Qual a composição química de cada fase; Qual a porcentagem em peso de cada fase.

(18)

Ligas cujos componentes são parcialmente solúveis no estado

sólido

Diagrama de equilíbrio correspondente a esse grupo de

g

q

p

g p

ligas

(19)

Ligas cujos componentes são parcialmente solúveis no estado

sólido



Linha liquidus;

q



Ponto eutético;



Linha solidus.

O di

d

id

d

O diagrama pode ser considerado como composto de uma

parte do diagrama de solubilidade total e de uma parte do

diagrama de insolubilidade do estado sólido

diagrama de insolubilidade do estado sólido.

Para comodidade de exposição a solução sólida de B em A é

chamada alfa () e a solução sólida parcial de A em B é

chamada beta ().

(20)

Ligas cujos componentes são parcialmente solúveis no estado

sólido

(21)

Ligas cujos componentes são parcialmente solúveis no estado

sólido

(22)

(23)

(24)

Ligas cujos componentes são parcialmente solúveis no estado

sólido

R ã téti d

・ Reação eutética: ocorre quando passa-se da região onde tem

apenas a fase “líquida” para outra região onde coexistem duas

região onde coexistem duas fases sólidas

Líquido   +  l d f

・ Neste caso a solidificação processa-se como num metal

puro, no entanto o produto são 2 f ólid di ti t

fases sólidas distintas.

・ A microestrutura do eutético é “lamelar”, com camadas

l d d f “ ” “ ” alternadas de fase “” e “”. Ocorre desta forma porque é a de menor percurso para a

dif ã difusão.

(25)

Desenvolvimento de Microestrutura

Microestrutura Pb-Sn

Composição eutética. Representação esquemática da formação eutética.

(26)

Desenvolvimento de Microestrutura

Exercícios: Fases presentes;

Composição química de cada fase; Porcentagem em peso de cada fase.

(27)

Desenvolvimento de Microestrutura

Exercícios: Fases presentes; Composição química de cada fase; Porcentagem em peso de cada fase.