Diagrama de fase ou de equil brio
Sponsored Links
This presentation is the property of its rightful owner.
1 / 72

DIAGRAMA DE FASE OU DE EQUILÍBRIO PowerPoint PPT Presentation


  • 510 Views
  • Uploaded on
  • Presentation posted in: General

DIAGRAMA DE FASE OU DE EQUILÍBRIO. DIAGRAMA DE FASE OU DE EQUILÍBRIO. ROTEIRO DA AULA • Importância do tema • Definições : componente, sistema, fase, equilíbrio Limite de solubilidade Metaestabilidade (sistemas fora do equilíbrio) • Sistemas com um único componente • Sistemas binários

Download Presentation

DIAGRAMA DE FASE OU DE EQUILÍBRIO

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

Presentation Transcript


DIAGRAMA DE FASE OU DE EQUILÍBRIO


DIAGRAMA DE FASE OU DE EQUILÍBRIO

ROTEIRO DA AULA

• Importância do tema

• Definições : componente, sistema, fase, equilíbrio

  • Limite de solubilidade

  • Metaestabilidade (sistemas fora do equilíbrio)

    • Sistemas com um único componente

    • Sistemas binários

  • Regra da alavanca

  • Regra das Fases

  • Transformações : eutética, eutetóide, peritética, peritetóide

    • Desenvolvimento de estruturas em sistemas binários

  • em condições de equilíbrio

  • fora do equilíbrio

  • em sistemas com eutéticos


DIAGRAMA DE FASE OU DE EQUILÍBRIO

1. IMPORTÂNCIA:

- Dá informações sobre microestrutura e propriedades mecânicas em função da temperatura, composição e quantidade de fase em equilíbrio;

- Permite a visualização da solidificação e fusão;

- Prediz as transformações de fases;

- Dá informações sobre outros fenômenos.


DIAGRAMA DE FASE OU DE EQUILÍBRIO

2.Definições:

- Componentes:

São metais puros e/ou compostos químicos e/ou compostos que constituem uma liga. (Latão = Cu + Zn)

• Sistema:

– Definição 1 : quantidade de matéria com massa e identidade fixas sobre a qual dirigimos a nossa atenção. Todo o resto é chamado vizinhança. Exemplo: uma panela de fundição com aço fundido.

– Definição 2 : série de ligas formadas pelos mesmos componentes, independendo da composição específica. Exemplo: o sistema Ferro-Carbono.

• Fase:

– Uma porção homogênea do sistema, que possui propriedades físicas e químicas características. Exemplo: fases a, b e L da liga ao lado.


DIAGRAMA DE FASE OU DE EQUILÍBRIO

2.Definições:

• Fase:


DIAGRAMA DE FASE OU DE EQUILÍBRIO

2.Definições:

EQUILÍBRIO

• Em termos “macroscópicos”

– Um sistema está em equilíbrio quando suas características não mudam com o tempo, e tende a permanecer nas condições em que se encontra indefinidamente, a não ser que seja perturbado externamente.

• Em termos termodinâmicos

– Um sistema está em equilíbrio quando sua energia livre é mínima, consideradas as condições de temperatura, pressão e composição em que ele se encontra.

– Variações dessas condições resultam numa alteração da energia livre, e o sistema pode espontaneamente se alterar para um outro estado de equilíbrio (no qual a energia livre seja mínima para as novas condições de temperatura, pressão e composição).

Energia Livre DG = DH – T DS


DIAGRAMA DE FASE OU DE EQUILÍBRIO

2.Definições:


DIAGRAMA DE FASE OU DE EQUILÍBRIO


DIAGRAMA DE FASE OU DE EQUILÍBRIO

2.Definições:

Microestrutura

• é caracterizada pelo número de fases existentes, por suas proporções e pela maneira pela qual elas estão distribuídas ou arranjadas.

Latão (cobre-zinco)

Alumínio- 18% silício)

Molibdênio puro


4. FASES DE EQUILÍBRIO E FASES METAESTÁVEIS

  • Fases de equilíbrio: suas propriedades ou características não mudam 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 nunca alcançado. No entanto, não há mudanças muito perceptíveis com o tempo na microestrutura das fases metaestáveis Raio-X


SISTEMAS BINÁRIOS ISOMORFOS

  • L: Solução líquida homogênea contendo Ni+ CU

  • : Solução sólida homogênea contendo Ni+ CU.

  • Isomorfo: sistema em que existe solubilidade completa dos dois componentes nos estados líquidos e sólidos

  • Linha liquidus: afase líquida está presente em todas as temperaturas e composições localizadas acima desta linha.

  • Linha solidus: abaixo da qual, para qualquer temperatura e composição, existe apenas a fase sólida.


SISTEMAS BINÁRIOS ISOMORFOS

% atômica Ni

L = Solução líquida homogênea de Cu + Ni

Solução sólida homogênea de Cu + Ni


4.1. DIAGRAMA DE EQUILÍBRIO PARA SISTEMAS BINÁRIOS E ISOMÓRFOS

  • Isomorfo quando a solubilidade é completa (Exemplo: Sistema Cu-Ni)

linha

liquidus

linha

solidus

FILME


INTERPRETAÇÃO DO DIAGRAMA DE EQUILÍBRIO

- Fases presentes localiza-se a temperatura e composição desejada e verifica-se o número de fases presentes

- Composição química das fases usa-se o método da linha de conexão (isotérma)

Para um sistema monofásico a composição é a mesma da liga

- Percentagem das fases (quantidades relativas das fases)regra das alavancas


SISTEMA BINÁRIO Cu-NiDETERMINAÇÃO DAS FASES PRESENTES

1- determina a temperatura e composição no diagrama.

Ex:

T 1150ºC

50%p de Ni

B – 100% fase sólida

A composição é a mesma da liga.

C

B


SISTEMA BINÁRIO Cu-NiDETERMINAÇÃO DA COMPOSIÇÃO QUÍMICA DAS FASES

1- determina a temperatura e composição no diagrama.

Existe duas formas:

1- Região monofásica:a composição é a mesma da liga presente.

Ex: T 1100ºC; 80%p de Ni

(A)%100 fase sólida

80% de Ni e 20%Cu.

2- Região bifásica:

Ex: T= 1240ºC; 60%Ni

B

A

Comp. Liq= 32% de Ni e 68% de Cu

Comp. Sol. = 45% de Ni e 55% de Cu


SISTEMA Cu-NiDeterminação das quantidades relativas das fases

  • Existe duas formas:

  • 1- Região monofásica:somente uma fase está presente %100 fase.

  • 2- Região bifásica: usa-se a linha de amarração em conjunto à regra da alavanca. Seguindo o procedimento:

  • Constroi-se a linha de amarração e localiza a composição global sobre esta linha;

  • Calcula-se a fração de fase: toma-se o comprimento da linha de amarração desde a composição global até a fronteira com a fase oposta e divide-se pelo comprimento total da linha de amarração

  • A fração da outra fase é determinada de maneira semalhante;


Composição das fases

Percentagem das fases

Fase líquida:

S = R

R+S

L = C-C0

C-CL

L = Co-CL

C-CL

L = S

R+S

Fase sólida:

SISTEMA Cu-NiDeterminação das quantidades relativas das fases

Comp. Liq= 31,4% Ni e 68,9%Cu

Comp. Sol. = 42,5,4 %Ni e %57,5Cu


Composição das fases

SISTEMA Cu-NiExercício: Determinação das quantidades relativas das fases (tomando: 1250ºC; 35%pNi)

Comp. Liq= 31,4% Ni e 68,9%Cu

Comp. Sol. = 42,5,4 %Ni e %57,5Cu


Composição das fases

SISTEMA Cu-NiExercício: Determinação das quantidades relativas das fases (tomando: 1250ºC; 35%pNi)

Comp. Liq= 31,4% Ni e 68,9%Cu

Comp. Sol. = 42,5,4 %Ni e %57,5Cu


Exercício: Uma liga Cu-Ni com composição 70%pNi-30%pCu é aquecida lentamente a partir de 1300ºC. Determine:Temperatura que se forma a primeira fração de fase líquida;Qual a composição desta fase líquida Qual a temperatura que ocorre a fusão completa da liga.Qual a composição da última fração de sólido que permanece no meio antes da fusão completa


DESENVOLVIMENTO DA MICROESTRUTURA SOLIDIFICAÇÃO EM EQUÍLIBRIO

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

  • Na prática, não há tempo para a difusão completa e as microestruturas não são exatamente iguais às do equilíbrio;

  • O grau de afastamento do equilíbrio dependerá da taxa de resfriamento;

  • Como conseqüência da solidificação fora do equilíbrio tem-se a segregação (a distribuição dos 2 elementos no grão não é uniforme).


DESENVOLVIMENTO DA MICROESTRUTURA SOLIDIFICAÇÃO EM EQUÍLIBRIO

(35%p Ni – 65%pCu)

1260ºC


1260ºC

DESENVOLVIMENTO DA MICROESTRUTURA SOLIDIFICAÇÃO EM EQUÍLIBRIO

(35%p Ni – 65%pCu)


“CORED” x EQUILÍBRIO DE FASES

Rápida taxa de resfriamento: Baixa taxa de resfriamento:

Estrutura de “CORED”Equilíbrio


Microestrutura fora do equílibio

  • CONSEQÜÊNCIAS DA SOLIDIFICAÇÃO FORA DO EQUILÍBRIO:

  • Segregação

  • zonamento (coring)

  • diminuição das propriedades

  • Pode haver a necessidade de recozimento

Zonamento observado numa liga de Zn Contendo Zr (aumento 400X)


Mudança na composição das fases durante o processo de solidificação


Curva de solidificação e Remoção do calor latente de fusão


Propriedades mecânicas isomorfas


  • São encontradas 3 regiões monofásicas distintas:

  • rica em cobre e prata como soluto

  • rica em prata e cobre como soluto

  • Temperaturas baixo da linha BEG apenas uma concentração limitada de prata irá se dissolver no cobre – idem para o cobre.

  • CBA –limite de solubilidade para a fase

  • B (8%p Ag)Solubilidade máxima da prata no cobre na fase

  • G (8,8%pCu) solubilidade máxima do Cobre na Prata na fase

SISTEMAS EUTÉTICOS BINÁRIOS


  • 3 regiões bifásicas

  • Eutético : ponto onde o equilíbrio é invariante, portanto o equilíbrio entre três fases ocorre a uma determinada temperatura e as composições das três fases são fixas.

SISTEMAS EUTÉTICOS BINÁRIOS

  • Composição eutética –solidifica a uma T abaixo de qualquer outra liga

  • Temperatura eutética – T mais baixa a qual pode existir fase líquida


  • Exercício

  • Faça uma análise das fases presentes nos seguintes pontos do diagrama de fases Pb-Sn: 40%Sn e T= 150ºC

Composição das fases

Alfa = 10% Sn – 90% Pb

Beta =98%Sn-2%Pb

Quantidade das fases


SISTEMAS EUTÉTICOS BINÁRIOS

  • Exercício

  • Faça uma análise das fases presentes nos seguintes pontos do diagrama de fases Pb-Sn: (fases presentes, composição das fases e proporção das fases)

  • Composição eutética:

  • 40%Sn e T= 230ºC

  • 40%Sn e T= 185ºC

  • 40%Sn e T= 180ºC


SISTEMAS EUTÉTICOS BINÁRIOS

40%Sn e T= 230ºC

  • Composição eutética:


SISTEMAS EUTÉTICOS BINÁRIOS

40%Sn e T= 185ºC

40%Sn e T= 180ºC


Caso 1 Composição - 2%p Sn

Varia entre a composição de um componente puro e a solubilidade sólida máx para o componente a temp. ambiente.

Muito pequena a faixa de

composições químicas em

que pode se formar estrutura

monofásica

Desenvolvimento de microestrutura em ligas eutéticas

Resfriamento a partir de 350ºC até 20ºC da

Sn

Pb


Caso 2 Composição - 15%p Sn

PRECIPITAÇÃO

• Ao ser ultrapassado o limite de

solubilidade (linha solvus) de

Sn no Pb, ocorre a

precipitação da fase , de

reticulado cristalino distinto do

da fase e com distintas

propriedades físico-químicas.

Desenvolvimento de microestrutura em ligas eutéticas

Resfriamento a partir de 350ºC até 20ºC da

Sn

Pb


A transformação eutética corresponde

à formação de uma mistura de

duas fases a partir do líquido

formando um arranjo interpenetrado

Desenvolvimento de microestrutura em ligas eutéticas

Caso 3 - Solidificação da composição eutética


A transformação eutética corresponde

à formação de uma mistura de

duas fases a partir do líquido

formando um arranjo interpenetrado

Desenvolvimento de microestrutura em ligas eutéticas

Estrutura eutética


A transformação eutética corresponde

à formação de uma mistura de

duas fases a partir do líquido

formando um arranjo interpenetrado

Desenvolvimento de microestrutura em ligas eutéticas

Caso 4 – todas as composições que durante o resfriamento cruzam a isoterma eutética (com exceção da composição eutética).

Em ligas hipo-eutéticas

ocorre inicialmente

precipitação de fase

primária - dendritas de a

pró-eutéticas.

O líquido eutético

residual L (61,9% Sn) se

transforma em

microestrutura eutética

[a(18,3% Sn)+b(97,8%Sn)].


A transformação eutética corresponde

à formação de uma mistura de

duas fases a partir do líquido

formando um arranjo interpenetrado

P

Q

R

Desenvolvimento de microestrutura em ligas eutéticas

Fração de microconstituinte eutético = fração da fase líquida.


A transformação eutética corresponde

à formação de uma mistura de

duas fases a partir do líquido

formando um arranjo interpenetrado

Reação eutetóide e peritetóide

Fração de microconstituinte eutético = fração da fase líquida.


SISTEMA EUTÉTICO – REGRA DAS FASES


REAÇÕES NA REGIÃO DE SOLUBILIDADE


HIPO-EUTÉTICO E HIPER-EUTÉTICOHIPO-EUTÉTICOCOMPOSIÇÃO MENOR QUE O EUTÉTICOHIPER-EUTÉTICO COMPOSIÇÃO MAIOR QUE O EUTÉTICO


DIAGRAMA DE EQUILÍBRIO TENDO FASES INTERMEDIÁRIAS

  • REAÇÃO EUTETÓIDE:

      + 

    ( a diferença do eutético é que uma fase sólida, ao invés de uma líquida, transforma-se em duas outras fases sólidas.

  • REAÇÃO PERITÉTICA: Envolve três fases em equilíbrio

     + Líquido 

    Uma fase sólida mais uma fase líquida transforma-se numa outra fase sólida


PERITÉTICO E EUTÉTICO


PERITÉTICO

Envolve 3 fases em equilíbrio


PERITÉTICO DUPLO


EUTÉTICO, EUTETÓIDE E PERITÉTICO

Ponto de fusão congruente


REAÇÃO MONOTÉTICA E EUTÉTICA

Dois líquidos imiscíveis formam uma fase sólida e

uma fase líquida (MONOTÉTICA)

EUTÉTICA


PONTO DE FUSÃO E TRANSFORMAÇÕES ALOTRÓPICAS


DIAGRAMA TERNÁRIO


COMPPOSIÇÃO EM DIAGRAMA TERNÁRIOTRIÂNGULO DE GIBBS


DIAGRAMA DE FASE Fe-C


FERRO PURO

FERRO PURO

  • FERRO  = FERRITA

  • FERRO  = AUSTENITA

  • FERRO  = FERRITA 

  • TF= 1534 C

  • As fases ,  e  são soluções sólidas com Carbono intersticial

ccc

cfc

ccc


FERRO  = FERRITA

Estrutura= ccc

Temperatura “existência”= até 912 C

Fase Magnética até 768 C (temperatura de Curie)

Solubilidade máx do Carbono= 0,002% a 727 C

É mole e dúctil

Ferro Puro /Formas Alotrópicas

FERRO  = AUSTENITA

  • Estrutura= cfc

  • Temperatura “existência”= 912 -1394C

  • Fase Não-Magnética

  • Solubilidade máx do Carbono= 2,14% a 1147 C

  • É mais dura


FERRO PURO

ccc

cfc

ccc


Ferro Puro /Formas Alotrópicas

FERRITA

AUSTENITA


Ferro Puro /Formas Alotrópicas

  • FERRO  = FERRITA 

  • Estrutura= ccc

  • Temperatura “existência”= acima de 1394C

  • Fase Não-Magnética

  • Como é estável somente a altas temperaturas não tem interesse comercial


FERRO PURO

ccc

cfc

ccc


Sistema Fe-Fe3C

  • Ferro Puro= até 0,002% de Carbono

  • Aço= 0,002 até 2,06% de Carbono

  • Ferro Fundido= 2,1-4,5% de Carbono

  • Fe3C (CEMENTITA)= Forma-se quando o limite de solubilidade do carbono é ultrapassado (6,7% de C)


DIAGRAMA DE FASE Fe-C


CEMENTITA (Fe3C)

  • Forma-se quando o limite de solubilidade do carbono é ultrapassado (6,7% de C)

  • É dura e frágil

  • é um composto intermetálico metaestável, embora a velocidade de decomposição em ferro  e C seja muito lenta

  • A adição de Si acelera a decomposição da cementita para formar grafita


PONTOS IMPORTANTES DO SISTEMA Fe-Fe3C (EUTÉTICO)

  • PONTO C LIGA EUTÉTICA é o ponto mais baixo de fusão

    Líquido FASE  (austenita) + cementita

    - Temperatura= 1147 C

    - Teor de Carbono= 4,3%

  • As ligas de Ferro fundido de 2,06-4,3% de C são chamadas de ligas hipo-eutéticas

  • As ligas de Ferro fundido acima de 4,3% de C são chamadas de ligas hiper-eutéticas


DIAGRAMA DE FASE Fe-C

C


PONTOS IMPORTANTES DO SISTEMA Fe-Fe3C (EUTETÓIDE)

  • PONTO S LIGA EUTETÓIDE é o liga de menor temperatura de transformação no estadp sólido sólida;

    AustenitaFASE  (FERRITA) + Cementita

    - Temperatura= 723 C

    - Teor de Carbono= 0,8 %

  • Aços com 0,002-0,8% de C são chamadas de aços hipo-eutetóide;

  • Aços com 0,8-2,06% de C são chamadas de aços hiper-eutetóides.


DIAGRAMA DE FASE Fe-C

S


MICROESTRUTURAS / EUTETÓIDESupondo resfriamento lento para manter o equilíbrio

  • É similar ao eutético

    Consiste de lamelas alternadas de fase  (ferrita) e Fe3C (cementita) chamada de

    PERLITA

  • FERRITA lamelas + espessas e claras

  • CEMENTITA lamelas + finas e escuras

  • Propriedades mecânicas da perlita

    • intermediária entre ferrita (mole e dúctil) e cementita (dura e frágil)


MICROESTRUTURAS / EUTETÓIDE


MICROESTRUTURAS /HIPOEUTETÓIDESupondo resfriamento lento para manter o equilíbrio

  • Teor de Carbono = 0,002- 0,8 %

  • Estrutura

    Ferrita + Perlita

  • As quantidades de ferrita e perlita variam conforme a

    % de carbono e podem ser determinadas pela regra da alavanca;

  • Partes claras pró eutetóide ferrita.


Teor de Carbono = 0,8-2,06 %

Estrutura

cementita+ Perlita

As quantidades de cementita e perlita variam conforme a % de carbono e podem ser determinadas pela regra das alavancas

Partes claras pró eutetóide cementita

MICROESTRUTURAS /HIPEREUTETÓIDESupondo resfriamento lento para manter o equilíbrio


  • Login