DIAGRAMAS DE EQUILÍBRIO

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1 DIAGRAMAS DE EQUILÍBRIO Diagramas de equilíbrio 1 DIAGRAMA EUTÉTICO Exemplo 1: Cobre - Prata (Cu-Ag) Principais características: 3 regiões monofásicas (α, β e L) 3 regiões bifásicas (α+l, α+β, L+β) Fase α : Solução sólida rica em Cu (solvente) que contém Ag como soluto (CFC) Fase β : Solução sólida rica em Ag (solvente) que contém Cu como soluto (CFC) Linhas Solvus : Determinam o limite de solubilidade nas soluções sólidas α e β Linha Liquidus: Determina a temperatura acima da qual só existe fase líquida (L) Linha Solidus: Determina a temperatura abaixo da qual só existe fase sólida REAÇÃO EUTÉTICA: L ( C E aquec./ resfriam. ) α ( C ) + β ( C α E β E ) No diagrama Cu-Ag: L (71,9%p Ag) α (7,9%p Ag) + β (91,2%p Ag)

2 Exemplo 2: Diagrama binário Chumbo - Estanho (Pb-Sn) Diagramas de equilíbrio 2 Aplicação: Ligas para soldagem (solda 60-40) 60%p Sn e 40%p Pb REAÇÃO EUTÉTICA: No diagrama Pb-Sn: L (61,9% Sn) α (19,2% Sn) + β (97,5% Sn) MICROESTRUTURA DA LIGA Pb-Sn EUTÉTICA (61,9% Sn)

3 Diagramas de equilíbrio 3 DESENVOLVIMENTO DA MICROESTRUTURA EM LIGAS EUTÉTICAS (DIAGRAMA EUTÉTICO BINÁRIO - Pb-Sn) LIGA HIPOEUTÉTICA: hipo: do grego Hypo = posição inferior, escassez eutética = reação eutética = fácil de fundir (L α +β) Caso 1: Microestrutura monofásica

4 Diagramas de equilíbrio 4 DESENVOLVIMENTO DA MICROESTRUTURA EM LIGAS EUTÉTICAS (DIAGRAMA EUTÉTICO BINÁRIO - Pb-Sn) LIGA HIPOEUTÉTICA: Caso 2: Microestrutura bifásica com precipitação de β no estado sólido

5 Diagramas de equilíbrio 5 DESENVOLVIMENTO DA MICROESTRUTURA EM LIGAS EUTÉTICAS (DIAGRAMA EUTÉTICO BINÁRIO - Pb-Sn) LIGA EUTÉTICA Reação eutética L (61,9%p Sn) α (19,2%p Sn) + β (97,5% Sn) Cálculos: Quantidade (fração massa ou %p) das fases α e β a 150 C Microestrutura da liga eutética Pb-Sn:

6 Diagramas de equilíbrio 6 DESENVOLVIMENTO DA MICROESTRUTURA EM LIGAS EUTÉTICAS (DIAGRAMA EUTÉTICO BINÁRIO - Pb-Sn) LIGA HIPOEUTÉTICA ( em relação ao Pb) ou HIPEREUTÉTICA ( em relação ao Sn) hiper: do grego Hypér = posição superior, além, escesso eutética = reação eutética = fácil de fundir = (L α +β) Fase α pró-eutética (α-pró): Fase α formada entes do eutético Cálculo da quantidade (fração de massa ou %p) : α pró-eutética, eutético (α + β) e α e β no eutético

7 REAÇÃO EUTETÓIDE Diagramas de equilíbrio 7 Diagrama Cobre - Zinco (latões) A reação eutetóide é muito similar à reação eutética. A diferença é a presença de uma fase sólida no lugar da fase líquida da reação eutética.(γ α + β) Assim, o resfriamento de uma liga através do ponto eutetóide, uma fase sólida transforma em duas fases sólidas de composições distintas e diferentes da fase sólida original. Exemplo: Diagrama Cu - Zn - ponto E (75% Zn) aquec./ resfriam. δ ( C ) γ ( C ) + ε ( C E γ E ε E )

8 REAÇÃO PERITÉTICA Diagramas de equilíbrio 8 É um outro tipo de reação envolvendo três fases em equilíbrio. No aquecimento: uma fase sólida transforma-se em uma fase líquida e outra sólida, ou seja: β α + L, no resfriamento: α + L β Exemplo: Diagrama Cu - Zn (78,6% Zn) Ponto P1: Ponto P2: aquec./ resfriam. δ ( Cδ P) + L ( CL P) ε ( CP1) aquec./ resfriam. γ ( Cγ P) + L ( CL P) δ ( CP2)

9 TRANSFORMAÇÕES CONGRUENTES: Diagramas de equilíbrio 9 As transformações de fase podem ser classificadas de acordo com as mudanças de composição química das fases envolvidas. Quando não existe mudança de composição química a transformação é denominada TRANSFORMAÇÃO CONGRUENTE. Exemplos de transformação congruentes: Transformações alotrópicas e fusão de metal puro. As transformações nas quais pelo menos uma fase sofre alteração de composição química é chamada de TRANSFORMAÇÃO INCONGRUENTE.

10 Lista de exercícios diagramas de fase Diagramas de equilíbrio Considerando a liga do sistema Cu-Ag, contendo 60% de Ag,determinar: a) Desenhe a seqüência de solidificação da liga (figura representativa de cada estágio da solidificação). b) As fases presentes, suas composições e quantidades para a temperatura de 782 C. c) As fases presentes, suas composições e quantidades para a temperatura de 778 C. d) A quantidade de fase pró-eutética formada para esta liga. e) A quantidade de eutético formado para a liga. 2- Considerando a liga Cu contendo 10%at (% atômica) de Ag: a) Determinar a temperatura de fusão da liga. b) Qual a composição em peso da liga? (massa atômica do Cu = 63,54 g/mol ; massa atômica da Ag = 107,87 g/mol) c) Qual a quantidade de fase β a 400ºC? 3- Considerando o diagrama de equilíbrio Al-Cu: a) Identificar as fases, determinar suas composições e respectivas quantidades para as seguintes ligas: Liga A: hipoeutética Al-10%Cu nas temperaturas de 700ºC, 600ºC, 550ºC, 540ºC e 300ºC Liga B: eutética (rica em Al) nas temperaturas de 550ºC, 540ºC e 300ºC b) Qual a temperatura de fusão para as ligas A e B c) Desenhe a seqüência de solidificação das ligas A e B 4- Considerando o diagrama de equilíbrio Cd-Te: a) Identificar as fases presentes, determinar suas composições e respectivas quantidades para uma liga Cd-30% Te nas temperaturas de 1000ºC, 800ºC, 330ºC e 200ºC b) Quais os tipos de transformações / reações neste diagrama? 5- Considerando o diagrama Cu-Zn (diagrama característico dos latões) indicar as reações peritéticas e a reação eutetóide. a) Desenhe a seqüência de solidificação (figura representativa de cada estágio da solidificação) de um latão com 37% de Zn. b) Para a liga de composição eutetóide, determinar as fases presentes, suas composições e respectivas quantidades para as temperaturas de 600 C e 500 C.

11 Diagramas de equilíbrio 11

12 Diagramas de equilíbrio 12 Referência: ASM Handbook volume 3 - Alloy Phase Diagrams - ASM international 1992