MATERIAIS ELÉTRICOS - MEL

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1 MATERIAIS ELÉTRICOS - MEL Unidade 1 Diagramas de Fases Roteiro da Aula Importância do Tema Revisão: impurezas nos sólidos Definições: componente, sistema, fase e equilíbrio Sistemas Unários e Binários i Exercícios Referências: Callister (2007) e Padilha (1997) 2

2 POR QUE ESTUDAR DIAGRAMAS DE FASES? Os diagramas de fases (também chamados de diagrama de equilíbrio) relacionam temperatura, composição química e quantidade das fases em equilíbrio. Um diagrama de fases é um mapa que mostra quais fases são mais estáveis nas diferentes composições, temperaturas e pressões. Existe uma relação direta entre as propriedades dos materiais e as suas microestruturas, que por sua vez, relaciomse diretamente com o diagrama de fases. 3 Impurezas nos Sólidos É impossível obter um metal puro com apenas um tipo de átomo! impurezas ou átomos diferentes estarão sempre presentes possibilidade de defeitos pontuais no cristal os metais mais familiares existem na forma de ligas (as impurezas são adicionas intencionalemente) Exemplo da prata de lei : (92,5% de prata e 7,5% de cobre) maior resistência mecânia e ainda pouco corrosiva Soluções Sólidas (soluto x solvente): Substitucional as impurezas (soluto) repõem ou susbtituem os átomos hospedeiros. (Cobre-Níquel) = raios atômicos, estruturas cristalinas (CFC) e eletronegatividades semelhantes. Intersticial as impurezas preenchem os espaços vazios entre os átomos do solvente. (Ferro-Carbono) = máx. 2%de carbono 4

3 Impurezas nos Sólidos 5 Definições e Conceitos Componente: metais puros e/ou compostos que compõem uma mistura Sistema: possíveis misturas de diferentes composições com base nos mesmos componentes Limite de solubilidade: concentração máxima de átomos de soluto que pode se dissolver no solvente para formar uma solução Fase: porção homogênea de um sistema que possui características físicas e químicas uniformes 6

4 Definições e Conceitos Equilíbrio termodinâmico: condição na qual o sistema apresenta um valor mínimo para sua energia livre (energia interna e entropia) em determinada combinação específica de temperatura, pressão e composição Equilíbrio de fases: quantidade das fases resultante do equilíbrio termodinâmico Diagrama de fases: representação gráfica do equilíbrio termodinâmico em função da temperatura, pressão e composição; Sistemas isomorfos: quando os componentes apresentam completa solubilidade nos estados líquido e sólidouniformes 7 Diagrama de Fases para Sistemas Unários Água Magnésio 8

5 Sistemas Isomorfos Binários Num sistema binário isomorfo, os dois componentes são completamente solúveis um no outro. A leitura de diagramas isomorfos é feita definindo o par composição-temperatura desejado. Se o ponto estiver num campo onde somente existe uma fase, a composição já está definida, e a fase é a indicada no campo do diagrama. Se o ponto estiver numa região onde existem duas fases em equilíbrio, a determinação da composição das fases presentes é possível traçando-se um segmento de reta horizontal que passa pelo ponto e atinge as duas linhas que delimitam o campo de duas fases (linhas liquidus e solidus). REGRA DA ALAVANCA As composições das fases líquida e sólida são dadas pelas intersecções deste segmento de reta e as respectivas linhas de contorno. 9 Sistemas Isomorfos Binários Diagramda de Fases do Sistema Cobre-Níquel: 10

6 Sistemas Isomorfos Binários Desenvolvimento Microestrutural do Sistema Cobre-Níquel: 11 Sistemas Isomorfos Binários i Regra da Alavanca: é usada para se determinar as proporções das fases em equilíbrio em um campo de duas fases. foi formulada a partir do cálculo do balanço de massas. Dedução: considerando WL ewe as frações mássicas da fase líquida L e da fase sólida, as concentrações (CL ec C) de cada componente podem ser obtidadas pelas equações abaixo: 12

7 Sistemas Isomorfos Binários i Exemplo da Regra da Alavanca: Fração de Líquido: 68 % Fração de sólido: 32% 13