Diagrama de fase ou de equil brio
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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

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DIAGRAMA DE FASE OU DE EQUILÍBRIO

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Presentation Transcript


Diagrama de fase ou de equil brio

DIAGRAMA DE FASE OU DE EQUILÍBRIO


Diagrama de fase ou de equil brio1

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 equil brio2

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 equil brio3

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 equil brio4

DIAGRAMA DE FASE OU DE EQUILÍBRIO

2.Definições:

• Fase:


Diagrama de fase ou de equil brio5

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 equil brio6

DIAGRAMA DE FASE OU DE EQUILÍBRIO

2.Definições:


Diagrama de fase ou de equil brio7

DIAGRAMA DE FASE OU DE EQUILÍBRIO


Diagrama de fase ou de equil brio8

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 equil brio e fases metaest veis

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


Diagrama de fase ou de equil brio

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.


Diagrama de fase ou de equil brio

SISTEMAS BINÁRIOS ISOMORFOS

% atômica Ni

L = Solução líquida homogênea de Cu + Ni

Solução sólida homogênea de Cu + Ni


4 1 diagrama de equil brio para sistemas bin rios e isom rfos

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


Diagrama de fase ou de equil brio

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 bin rio cu ni determina o das fases presentes

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 bin rio cu ni determina o da composi o qu mica das fases

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 ni determina o das quantidades relativas das fases

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;


Sistema cu ni determina o das quantidades relativas das fases1

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


Sistema cu ni exerc cio determina o das quantidades relativas das fases tomando 1250 c 35 pni

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


Sistema cu ni exerc cio determina o das quantidades relativas das fases tomando 1250 c 35 pni1

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


Diagrama de fase ou de equil brio

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 solidifica o em equ librio

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 solidifica o em equ librio1

DESENVOLVIMENTO DA MICROESTRUTURA SOLIDIFICAÇÃO EM EQUÍLIBRIO

(35%p Ni – 65%pCu)

1260ºC


Desenvolvimento da microestrutura solidifica o em equ librio2

1260ºC

DESENVOLVIMENTO DA MICROESTRUTURA SOLIDIFICAÇÃO EM EQUÍLIBRIO

(35%p Ni – 65%pCu)


Diagrama de fase ou de equil brio

“CORED” x EQUILÍBRIO DE FASES

Rápida taxa de resfriamento: Baixa taxa de resfriamento:

Estrutura de “CORED”Equilíbrio


Diagrama de fase ou de equil brio

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)


Mudan a na composi o das fases durante o processo de solidifica o

Mudança na composição das fases durante o processo de solidificação


Curva de solidifica o e remo o do calor latente de fus o

Curva de solidificação e Remoção do calor latente de fusão


Propriedades mec nicas isomorfas

Propriedades mecânicas isomorfas


Sistemas eut ticos bin rios

  • 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


Sistemas eut ticos bin rios1

  • 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


Diagrama de fase ou de equil brio

  • 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 eut ticos bin rios2

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 eut ticos bin rios3

SISTEMAS EUTÉTICOS BINÁRIOS

40%Sn e T= 230ºC

  • Composição eutética:


Sistemas eut ticos bin rios4

SISTEMAS EUTÉTICOS BINÁRIOS

40%Sn e T= 185ºC

40%Sn e T= 180ºC


Diagrama de fase ou de equil brio

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


Diagrama de fase ou de equil brio

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


Diagrama de fase ou de equil brio

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


Diagrama de fase ou de equil brio

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


Diagrama de fase ou de equil brio

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)].


Diagrama de fase ou de equil brio

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.


Diagrama de fase ou de equil brio

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.


Diagrama de fase ou de equil brio

SISTEMA EUTÉTICO – REGRA DAS FASES


Rea es na regi o de solubilidade

REAÇÕES NA REGIÃO DE SOLUBILIDADE


Diagrama de fase ou de equil brio

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


Diagrama de equil brio tendo fases intermedi rias

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


Perit tico e eut tico

PERITÉTICO E EUTÉTICO


Perit tico

PERITÉTICO

Envolve 3 fases em equilíbrio


Perit tico duplo

PERITÉTICO DUPLO


Eut tico eutet ide e perit tico

EUTÉTICO, EUTETÓIDE E PERITÉTICO

Ponto de fusão congruente


Rea o monot tica e eut tica

REAÇÃO MONOTÉTICA E EUTÉTICA

Dois líquidos imiscíveis formam uma fase sólida e

uma fase líquida (MONOTÉTICA)

EUTÉTICA


Ponto de fus o e transforma es alotr picas

PONTO DE FUSÃO E TRANSFORMAÇÕES ALOTRÓPICAS


Diagrama de fase ou de equil brio

DIAGRAMA TERNÁRIO


Diagrama de fase ou de equil brio

COMPPOSIÇÃO EM DIAGRAMA TERNÁRIOTRIÂNGULO DE GIBBS


Diagrama de fase fe c

DIAGRAMA DE FASE Fe-C


Diagrama de fase ou de equil brio

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 puro formas alotr picas

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


Diagrama de fase ou de equil brio

FERRO PURO

ccc

cfc

ccc


Ferro puro formas alotr picas1

Ferro Puro /Formas Alotrópicas

FERRITA

AUSTENITA


Ferro puro formas alotr picas2

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


Diagrama de fase ou de equil brio

FERRO PURO

ccc

cfc

ccc


Sistema fe fe 3 c

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 c1

DIAGRAMA DE FASE Fe-C


Cementita fe 3 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 fe 3 c eut tico

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 c2

DIAGRAMA DE FASE Fe-C

C


Pontos importantes do sistema fe fe 3 c eutet ide

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 c3

DIAGRAMA DE FASE Fe-C

S


Microestruturas eutet ide supondo resfriamento lento para manter o equil brio

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 eutet ide

MICROESTRUTURAS / EUTETÓIDE


Diagrama de fase ou de equil brio

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.


Microestruturas hipereutet ide supondo resfriamento lento para manter o equil brio

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


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