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Diagramas de Fase É extremamente importante o estudo de diagramas de fase (ou diagramas de equilíbrio), uma vez que a microestrutura dos materiais tem relação com suas propriedades físicas, químicas e mecânicas. Os diagramas de equilíbrio relacionam temperatura, composição química e a quantidade das fases em equilíbrio.
Definições: Componentes: São elementos químicos e/ou compostos dos quais uma liga é constituída. Sistema: quantidade de matéria com massa e identidade fixas sobre a qual dirigimos a nossa atenção. Todo o resto é chamado vizinhança. Exemplo de sistema: gás contido no interior de um cilindro. Fase: Uma fase pode ser definida como uma parte homogênea do sistema.
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Limite de solubilidade Para muitos sistemas e para uma determinada temperatura, existe uma concentração máxima de átomos de soluto que pode ser dissolvida no solvente formando uma solução sólida. Essa concentração máxima é chamada limite de solubilidade.
Diagramas unários
Diagrama de fases da água
O equilíbrio entre duas fases num sistema monocomponente ocorre com um grau de liberdade e chama-se equilíbrio univariante.
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Diagrama de fases do Ferro
Sistemas binários – diagramas isomorfos Num sistema binário – isomorfo os dois elementos são completamente solúveis um no outro nos três estados: sólido – liquido – gás.
Diagrama de Fases do sistema Cu-Ni
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Sistemas binários isomorfos A leitura de diagramas isomorfos é feita definindo o par composiçãotemperatura e simplesmente lendo as fases indicadas. No campo de duas fases, a determinação das fases presentes é possível traçando-se um segmento de reta horizontal que passa pelo par composição-temperatura e atinge as duas linhas que delimitam o campo de duas fases. A composição da fase líquida e sólida é dada pelo par definido pela intersecção deste segmento de reta e a respectiva linha de contorno.
Regra das alavancas É usada para se determinar as proporções das fases em equilíbrio em um campo de duas fases Fração de líquido WL =
S R+ S
WL =
Cα − C O Cα − CL
WL =
42,5 − 35 = 0,68 42,5 − 31,5
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Regra das alavancas (linha de ligação – “tie line”) Fração de sólido Wα =
R R+S
=
CO − CL Cα − C L
=
35 − 31,5 = 0,32 42,5 − 31,5
Desenvolvimento da estrutura em sistemas isomorfos Solidificação em condições de equilíbrio
Diagrama de fases A-B
Curva de resfriamento para uma liga com composição Co
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Nucleação de sólido a partir do líquido
Os átomos no líquido estão em constante movimentação, havendo formação e dissolução (estatística) de configurações típicas do estado sólido (estrutura cristalina). Abaixo da temperatura líquidus existe uma probabilidade finita dessas regiões se transformarem em núcleos sólidos separados do líquido por uma interface.
líquido
núcleos
Nucleação homogênea
líquido
núcleos
Nucleação heterogênea
Nucleação de sólido a partir do líquido
Crescimento de cristais sólidos a partir do líquido
O crescimento de cristais metálicos a partir do líquido ocorre geralmente na forma de dendritas. (dendros = ramos de árvores)
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Desenvolvimento da estrutura em sistemas isomorfos: sistema Cu-Ni Solidificação em condições de equilíbrio
Desenvolvimento da estrutura em sistemas isomorfos: sistema Cu-Ni Solidificação em condições fora de equilíbrio
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Desenvolvimento da estrutura em sistemas isomorfos
Conseqüências da solidificação fora do equilíbrio: 3 Segregação, 3 zonamento (coring), 3 redução na temperatura liquidus, 3 diminuição das propriedades, 3 necessidade de recozimento
Zonamento
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Homogeneização: Tratamento térmico realizado para eliminar ou diminuir a segregação.
(a) Zonamento numa liga 70% Ni + 30% Cu (b) Foi feito um tratamento de homogeneização, por um tempo insuficiente (c) Foi feito um tratamento de homogeneização por um tempo longo
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