DIAGRAMAS DE EQUILIBRIO. Conceitos Gerais

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1 DIAGRAMAS DE EQUILIBRIO Conceitos Gerais

2 Diagrama de fases da água Diagrama de Fases da água pura. Pressão no eixo Y (escala lograritmica) Temperatura no eixo X Representa um mapa que mostra as regioes que delimitam a existencia de solido, liquido e vapor. As curvas representam as fronteiras entre as fases As tres fases estão representadas na imagem ao lado FASES 1) H 2 O - Sólido (gelo) 2) H 2 O - Líquido ( água) 3) H 2 O - Vapor(gas) Composição é a mesma, muda a estrutura

3 Conceito de fases em sólidos - aço Ferro puro funde a 1538º.C aço acima desta temperatura será líquido a Pressão atm Controlando Pressão e temperatura posso ter ferro e aço no estado vapor. E no estado sólido FASES no estado Sólido 1) Ferrita Fe com C em SS 2) Cementita Fe 3 C FERRITA PROEUTETÓIDE PERLITA Perlita é uma intercalação de duas fases FERRITA CEMENTITA (Fe 3 C)

4 Uma das razões pelas quais o conhecimento e a compreensão dos diagramas de fases é importante para o engenheiro está relacionado ao projeto e controle dos procedimentos dos tratamentos térmicos. Algumas das propriedades dos materiais são funções de suas microestruturas e, consequentemente de suas histórias térmicas. O QUE É? Os diagramas de fases (também chamados de diagrama de equilíbrio) relacionam temperatura, composição química e quantidade das fases em equilíbrio. é um mapa que mostra quais fases são as mais estáveis nas diferentes composições, temperaturas e pressões. QUE VANTAGENS TRAZ? A microestrutura dos materiais pode ser relacionada diretamente com o diagrama de fases. Existe uma relação direta entre as propriedades dos materiais e as suas microestruturas. COMO ESTUDAR? (a) Conhecer a terminologia envolvida (b) Aprender a interpretar o diagrama (c) Estudar alguns diagramas (d) Correlacionar os diagramas com microestruturas

5 Voltando ao diagrama da água

6 Diagrama Ferro

7 Carbono Diamante: -Elevado índice de refração -Alta capacidade de dispersão -Alta dureza -Maior condutividade térmica a temperatura ambiente -Excelente isolante elétrico -Transparente ao ultravioleta, infravermelho, raios-x e luz visível -Módulo de elasticidade muitlo alto -Baixo coeficiente de expansão térmica

8 a) diamond; b)graphite; c) lonsdaleite; d f) fullerenes (C 60, C 540, C 70 ); g) amorphous carbon; h) carbon nanotube.

9 Diagrama de Dois Componentes

10 Definição de fase Diagrama de equilíbrio Fase: Uma parte estruturalmente homogênea do sistema, que possui propriedades físicas e químicas características. Ex: Mistura água/gelo - duas fases Quimicamente idênticas - H2O Fisicamente distintas - líquida/sólida Microestruturas x Fases Ex: Mistura água/açúcar com açúcar precipitado - duas Quimicamente distintas - solução H2O/açúcar e açúcar puro Fisicamente distintas - solução em fase líquida e fase sólida

11 Diagrama Chumbo - Estanho Componentes: Sistema: Fase:

12 Temperatura ( o C) Temperatura ( o F) SOLUBILIDADE Capacidade de dissolução de um componente em outro LIMITE DE SOLUBILIDADE Corresponde a concentração máxima que se pode atingir de um soluto dentro de um solvente. O limite de solubilidade depende da temperatura. Em geral, cresce com a temperatura. Limite de solubilidade Solução Liquida (Xarope) Solução Liquida + Açucar sólido Açucar Água Composição %peso

13 SOLUBILIDADE O que define a solubilidade Solução em cobre Ni Cu Ni Cu Solução - Líquido Solução Sólida

14 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). Define o conceito de Metaestável

15 Diagrama de fases em condições de equilíbrio sistema isomórfico Num sistema binário isomorfo, os dois componentes são completamente solúveis um no outro. A leitura de diagramas isomorfos é feita primeiramente definindo o par composição-temperatura desejado. Esse par define um ponto no diagrama. Se o ponto desejado 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-seum segmento de reta horizontal que passa pelo ponto e atinge as duas linhas que delimitam o campo de duas fases (linhas liquidus e solidus). As composições das fases líquida e sólida são dadas pelas intersecções deste segmento de reta e as respectivas linhas de contorno.

16 COMO CONSTRUIR O DIAGRAMA

17 Solução Sólida COMO ENTENDER O DIAGRAMA Solução - Líquido Ni Cu Ni Cu

18 O DIAGRAMA EM NÚMEROS

19 Regra da Alavanca R S Composição da fase L Composição da fase

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21 O EQUILÍBRIO FORA DO EQUILÍBRIO

22 FORA DO EQUILÍBRIO

23 Sistema Isomórfico Propriedades mecânicas

24 Sistema de dois componentes Com Solução solida total em um intervalo de temperatura e Gap de miscibilidade Ouro branco Niquel / Prata e Paladio

25 Sistema de dois componentes Solução sólida parcial solução líquida total Reação invariante - eutética L L

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27 Composição Eutética

28 Composição Hipoeutética 7 97,

29 Composição sem reação Eutética

30 Microestrutura

31 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.

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