SOLIDIFICAÇÃO DOS FERROS FUNDIDOS CONFIDENCIAL. Diagrama de Fases Todos os direitos reservados

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1 SOLIDIFICAÇÃO DOS FERROS FUNDIDOS Diagrama de Fases 1

2 Diagramas de Fases As propriedades das ligas metálicas são fortemente dependentes da sua microestrutura. O desenvolvimento da microestrutura é descrita no diagrama de fases. É como um mapa para a determinação das fases presentes, para qualquer temperatura e composição, desde que a liga esteja em equilíbrio. Os diagramas de fases ou diagramas de equilíbrio definem a região de estabilidade das fases que podem ocorrer num sistema sob a condição de pressão constante. São úteis para prever as transformações de fases e as microestruturas resultantes, que podem apresentar caráter de equilíbrio ou de ausência de equilíbrio

3 Em muitos sistemas de ligas, existe uma concentração máximas de átomos de soluto que pode se dissolver no solvente para formar uma solução sólida, o que é chamado de limite de solubilidade. A adição de soluto em excesso, além deste limite de solubilidade resulta na formação de outra solução sólida ou composto. Ex. Solubilidade do açúcar (C 12 H 22 O 11 )em um xarope açúcar-água:

4 O conceito de Fase: Uma porção homogêneo de um sistema que possui características físicas e químicas uniformes. Quando mais de uma fase estiver presente em um dado sistema, cada fase terá suas próprias propriedades individuais e existirá uma fronteira separando as fases, marcando uma mudança nas características físicas ou químicas. A interação de 2 ou mais fases em um material permite a obtenção de propriedades diferentes É possível alterar as propriedades do material alterando a forma e distribuição das fases

5 Equilíbrio de fases: O termo equilíbrio pode ser descrito em termos de energia livre: um sistema está em equilíbrio se a sua energia livre se encontra em um valor mínimo para alguma combinação específica de temperatura, pressão e composição. Isso significa que as características do sistema não mudam ao longo do tempo, isto é, o sistema é estável. Uma alteração na temperatura, pressão ou composição resultará em um aumento na energia livre e em possível mudança espontânea para outro estado no qual a energia livre seja reduzida.

6 Entendimento dos Diagramas de Fases em termos de Energia Livre:

7 Sistemas Isomorfos Binários: Sistema Cu-Ni: Possuem solubilidade completa: seus raios atômicos e eletronegatividades praticamente iguais, valências semelhantes mesma estrutura cristalina (CFC).

8 Determinação das Composições das Fases: Regra das Alavancas: Considere o ponto B: 35% Ni e 65%Cu a 1.250ºC: Fração de líquido: W líq. = S / R+S W líq. = (42,5 35) / (42,5 31,5) W líq. = 0,68 Fração de α : W α = R / R+S W α = (35-31,5) / (42,5 31,5) W α = 0,32

9 Desenvolvimento da Microestrutura em Ligas Isomorfas: Descreva a seqüência de solidificação de uma liga 35%Ni, de acordo com a linha tracejada:

10 : Sistemas Binários:

11 Entendimento dos Diagramas de Fases de Acordo com a Energia Livre

12 : Reações Invariantes Presentes nos Diagramas de Fases: Reação Eutética: Líq. => α + β Reação Eutetóide: γ => α + β Reação Peritética: Líq. + α => β Reação Peritetóide: α + β => γ Reação Monotética: Líq. 1 => α + Líq. 2 Reação Monotetóide: α 1 = α 2 + β Reação Sintética: Líq 1 + Liq 2 => β As reações mais comuns nos diagramas binários são as reações eutéticas, peritéticas e eutetóides.

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14 Reações ligadas à precipitação no estado sólido:

15 Exercício: Calcule a porcentagem das fases no ponto B e descreva a seqüência de solidificação das ligas: j k l m A B C D E

16 A) - Descrição da seqüência de solidificação: a- líquido; b- início da formação de cristais de α c- término da formação dos cristais de α (solidificação completa)

17 B) Descrição da seqüência de solidificação: d- líquido; e- início da formação de cristais de α f- término da formação dos cristais de α (solidificação completa) g- precipitação dos cristais de β em α

18 C) Descrição da seqüência de solidificação:

19 D) Descrição da seqüência de solidificação:

20 E) Descreva a seqüência de solidificação da liga A: A líquido; 2- formação de cristais de β 3- reação eutética do líquido remanescente 4- Microestrutura Final: β primário + eutético α+ β

21 Diagrama de Fases Diagrama Al-Si

22 Diagrama de Fases 22

23 Diagrama de Fases 23

24 Diagrama de Fases 24

25 Diagrama de Fases 25

26 Diagrama de Fases 26

27 Diagrama de Fases TiN powders prepared by combustion synthesis with various grain morphologies: (a) quasi-spherical grains; (b) dendrites; (c) faceted pyramidal crystals; (d) faceted cubic crystals 27

28 Diagrama de Fases regular não facetado/ não facetado (Al-Al2Cu) irregular facetado / não-facetado (Fe-grafita lamelar) regular facetado / não facetado (Ni-NbC) divorciado (Fe-grafita esferoidal) 28

29 Compostos intermetálicos:

30 Reações peritéticas:

31 Os diagramas não indicam o tempo necessário para que se atinja o estado de equilíbrio. Chama-se de metaestável um sistema que se encontra em estado de não-equilíbrio. As propriedades ou características das fases metaestáveis 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

32 : Desenvolvimento da microestrutura fora das condições de Equilíbrio: Equilíbrio Não Equilíbrio

33 Diagramas Ternários: Um diagrama de fases ternário possui 3 componentes. Geralmente é utilizado a composição (% em massa) dos componentes, mas também pode incluir temperatura e pressão. Possui 3 dimensões, mas é sempre representado em 2 dimensões pela facilidade de interpretação. Em vez de um gráfico retangular, é obtido um gráfico em triângulo. Os diagramas ternários são utilizados para uma série de ligas metálicas (ex. Fe- Cr-Ni - aço inoxidável), mas é principalmente utilizado para compostos cerâmicos. Para se verificar os teores dos 3 elementos de uma só vez, é construído um gráfico triangular onde cada vértice corresponde a um elemento, sendo a pressão e temperatura constantes. Em sistemas cerâmicos, nos vértices, ao invés de elementos, são utilizados compostos.

34 Representação tridimensional de um diagrama ternário ABC. A composição se situa ao longo do plano basal do triângulo e a temperatura (ou pressão) é lida verticalmente. O topo da figura mostra a superfície com contornos representando as linhas com temperaturas constantes. Estes contornos são chamados de isotermas. Os pontos eutéticos em cada diagrama binário é projetado no diagrama ternário como linhas. Estas linhas são chamadas de boundary curves ou liquidus e, em qualquer composição em uma destas curvas, haverá a formação das duas fases em qualquer lado da curva.

35 Liga Fe-Cr-Ni

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37 Diagrama Fe-Cr-Ni com as projeções das linhas solidus sob pressão constante:

38 Leitura das composições de um diagrama ternário x = 40%B; 20%C; 40%A

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