TECNOLOGIA DOS MATERIAIS Aula 3: Diagrama de Fases Definições de Conceitos Básicos Diagrama de Equilíbrio Binário
Definições de Conceitos Básicos A compreensão dos diagramas de fases para sistemas de ligas é extremamente importante, pois existe uma forte correlação entre a microestrutura e as propriedades mecânicas, e o desenvolvimento da microestrutura de uma liga está relacionado às características do seu diagrama de fases. Os diagramas de fases fornecem informações valiosas sobre os fenômenos da fusão, fundição, cristalização e outros.
Definições de Conceitos Básicos Componentes: os componentes são metais puros e/ou os compostos que compõem uma liga. Por exemplo: em um latão cobre-zinco, os componentes são Cu e Zn. Solvente(hospedeiro): elemento ou composto que está presente em maior quantidade; Soluto: é usado para indicar um elemento ou composto que está em menor concentração.
Definições de Conceitos Básicos Sistema: 1. pode se referir a um corpo específico do material que está sendo considerado; por exemplo: uma panela de fundição com aço fundido. 2. pode está relacionado à série de possíveis ligas compostas pelos mesmos componentes, porém de maneira independente da composição da liga; por exemplo: o sistema ferro-carbono. Solução Sólida: uma formação sólida se forma quando, à medida que os átomos de soluto são adicionados ao material hospedeiro, a estrutura cristalina é mantida e nenhuma nova estrutura é formada.
Limite de Solubilidade Limite de Solubilidade é a concentração máxima de soluto que pode dissolver-se no solvente, a uma dada temperatura, para formar uma solução sólida. O
Fases Fase é a porção homogênea de uma sistema que tem características Físicas e Químicas definidas.
Microestrutura Muitas vezes, as propriedades físicas e, em particular, o comportamento mecânico de um material, dependem da microestrutura. Nas ligas metálicas, a microestrutura é caracterizada pelo número de fases presentes, por suas proporções e pela maneira segundo a qual elas estão distribuídas ou arranjadas.
Microestrutura A microestrutura de uma liga depende de variáveis tais como: Os elementos de liga que estão presentes; As concentrações dos componentes; O tratamento térmico a que a liga foi submetida, isto é: Temperatura; Tempo de aquecimento à temperatura do tratamento; taxa de resfriamento até a temperatura ambiente.
Microestrutura Microestrutura com Duas Fases: Microestrutura com Uma Fase:
Equilíbrio de Fases O equilíbrio de fases é o reflexo da constância das características das fases com o tempo. Termodinamicamente o equilíbrio é descrito em termos de energia livre. Um sistema está em equilíbrio quando a energia livre é mínima.
Diagrama de Fases O Diagrama de Fases é um mapa para a determinação das fases presentes, para qualquer temperatura e composição, desde que a liga esteja em equilíbrio. Os diagramas de fases são úteis para prever as transformações de fases e as microestruturas resultantes, que podem apresentar uma natureza de equilíbrio ou de ausência de equilíbrio.
Diagrama de Fases Os diagramas de fases representam as relações existentes entre a temperatura e as composições, e as quantidades de cada fase em condições de equilíbrio.
Sistema Isomorfo Binário (Cu Ni) Isomorfo: diz-se dos corpos que podem formar cristais mistos em proporções quaisquer. Uma liga binária é uma liga que contém dois componentes.
Sistema Isomorfo Binário (Cu Ni) Linha liquidus: a linha que separa os campos das fases L e α + L. a fase líquida está presente em todas as temperaturas e composições localizadas acima desta linha.
Sistema Isomorfo Binário (Cu Ni) Linha solidus: a linha que separa os campos das fases α e α + L. Abaixo dela existe somente a fase sólida α.
Interpretação de Diagramas de Fases Para um sistema binário com composição e temperatura conhecidas e que se encontra em um estado de equilíbrio, pelo menos três tipos de informações estão disponíveis: As fases que estão presentes; As composições dessas fases; As porcentagens ou frações das fases.
Fases Presentes O estabelecimento de quais fases presentes é relativamente simples. Tudo o que precisa ser feito é localizar o ponto temperatura-composição de interesse no diagrama de fase e observar com qual(is) fase(s) o campo de fases correspondente está identificado.
Fases Presentes Exemplo 1: Ponto A Ponto B
Determinação das Composições das Fases
Determinação das Composições das Fases Composição Liquida (L): 32% de Ni e 68% de Cu Composição Sólida (α): 45% de Ni e 55% de Cu
Determinação das Quantidades das Fases Fase Líquida L = S R+S Fasse Sólida S = R R+S L = Cα-C0 Cα-CL L = Co-CL Cα-CL