Engenharia de Materiais. LEGI. Ano lectivo de 2005/06. DIAGRAMAS DE EQUILÍBRIO DE FASES

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1 1. Considere o diagrama de equilíbrio de fases alumínio-níquel (Al-Ni). a) Enuncie três transformações isotérmicas (de tipos diferentes) de entre as que o diagrama apresenta, indicando as temperaturas a que ocorrem, a composição química de cada uma das fases intervenientes e a designação por que são conhecidas. b) Estude o arrefecimento suficientemente lento para poder ser seguido o diagrama de equilíbrio, da liga Al-Ni 50% Ni (percentagem em peso), a partir do estado líquido. 1. Indique a temperatura de fim de solidificação e a composição química do último líquido a solidificar. 2. À temperatura de 854 ºC, indique as fases por que a liga é constituída, assim como as respectivas composições químicas e proporções das fases, distinguindo entre fases primárias e secundárias, se fôr caso disso. 3. À temperatura mais baixa do diagrama, indique as fases por que a liga é constituída, assim como as respectivas composições químicas e proporções das fases, distinguindo entre fases primárias e secundárias, se fôr caso disso. 4. Faça um esboço da microestrutura da liga à temperatura mais baixa indicada no diagrama. c) Idem à alínea b), para uma liga com 35% Ni.

2 2. Considere o diagrama de equilíbrio de fases sílica-alumina (SiO 2 -Al 2 O 3 ). a) Enuncie todas as transformações isotérmicas que o diagrama apresenta, indicando as temperaturas a que ocorrem, a composição química de cada uma das fases intervenientes e a designação por que são conhecidas. b) Estude o arrefecimento suficientemente lento para poder ser seguido o diagrama de equilíbrio, do cerâmico SiO 2 -Al 2 O 3 com 40% SiO 2 (percentagem em peso), a partir do estado líquido. 1. Indique a temperatura de fim de solidificação e a composição química do último líquido a solidificar. 2. À temperatura mais baixa do diagrama, indique as fases por que o cerâmico é constituído, assim como as respectivas composições químicas e proporções das fases, distinguindo entre fases primárias e secundárias, se fôr caso disso. 3. Faça um esboço da microestrutura do cerâmico à temperatura mais baixa indicada no diagrama.

3 3. Considere o diagrama de equilíbrio de fases ferro-cementite (Fe-Fe 3 C). a) Qual a importância deste diagrama de equilíbrio de fases em Engenharia de Materiais? b) Defina correctamente os seguintes termos: ferrite-α, austenite e perlite. c) Enuncie todas as transformações isotérmicas que o diagrama apresenta, indicando as temperaturas a que ocorrem, as composições químicas das fases envolvidas e as designações por que são conhecidas. d) Considere o arrefecimento, suficientemente lento para poder seguir-se o diagrama de equilíbrio, da liga Fe-C com 1,2%C (percentagem em peso) desde o estado líquido até à temperatura mais baixa indicada no diagrama. 1. Indique as temperaturas de início e de fim de solidificação, assim como as composições químicas dos primeiros núcleos sólidos e do último líquido a solidificar. 2. Indique as fases por que a liga é constituída à temperatura mais baixa do diagrama, assim como as respectivas composições químicas e proporções, em relação à massa total de liga, distinguindo entre fases primárias e secundárias, se fôr caso disso. 3. Faça um esboço da microestrutura previsível para a liga nas condições da sub-alínea d)2. e) Considere o arrefecimento, suficientemente lento para poder seguir-se o diagrama de equilíbrio, da liga Fe-C com 0,4%C (percentagem em peso) desde o estado líquido até à temperatura mais baixa indicada no diagrama. 1. Indique as temperaturas de início e de fim de solidificação, assim como as composições químicas dos primeiros núcleos sólidos e do último líquido a solidificar. 2. Indique as fases por que a liga é constituída à temperatura mais baixa do diagrama, assim como as respectivas composições químicas e proporções, em relação à massa total de liga, distinguindo entre fases primárias e secundárias, se fôr caso disso. 3. Faça um esboço da microestrutura previsível para a liga nas condições da sub-alínea e)2.

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5 4. Faça esboços das microestruturas previsíveis quer em condições de equilíbrio quer num arrefecimento de não-equilíbrio, para o caso das seguintes ligas que são arrefecidas desde a fase líquida até à temperatura ambiente: a) Cu- 15% Zn; b) Cu- 85% Zn; c) Pb- 15% Sn.

6 5. Considere o diagrama de equilíbrio de fases Mg-Ni representado na figura. a) Enuncie três transformações isotérmicas de tipos diferentes, indicando as composições das fases envolvidas, as temperaturas a que ocorrem, e as designações por que são conhecidas. b) Estude o arrefecimento, desde o estado líquido, suficientemente lento para poder ser seguido o diagrama de equilíbrio de fases, da liga com 60% Mg (% ponderal), indicando: i) a temperatura de início de solidificação e a composição dos primeiros núcleos de sólido; ii) a temperatura de fim de solidificação e a composição do último líquido a solidificar; iii) a composição e proporção (percentagem) das fases presentes à temperatura de 300 ºC. iv) Faça um esboço da microstrutura de equilíbrio a 300 ºC. Justifique. Legende a figura. v) Faça um esboço da microstrutura previsível a 300 ºC, para o caso de um arrefecimento rápido (em condições de não-equilíbrio). Justifique. Legende a figura.

7 6. Considere o seguinte triângulo de Gibbs. Marque nesse diagrama os pontos representativos das seguintes ligas ternárias A-B-C: a) 20%B, 30%C; b) 35 %A, 40%C; c) 80% A, 5%B. d) identifique a liga representada pelo ponto P.