Engenharia Dos Materiais - 10 Aula

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MATERIAIS / MATERIAIS I Pedro Almeida DEM 2005 MATERIAIS / MATERIAIS I 1 Pedro Almeida DEM 2005 2 Diagramas de fases º Aparecimento da microestrutura em ligas isomorfas em condiç condições de equilí equilíbrio (arrefecimento lento) MATERIAIS / MATERIAIS I Pedro Almeida DEM 2005 MATERIAIS / MATERIAIS I 3 Pedro Almeida DEM 2005 Diagramas de fases º º º Quando as ligas são arrefecidas na região bifá bifásica (lí (líquido + só sólido), as composiç composições das fases têm que se ajustar continuamente por difusão no estado sólido. Como a difusão ató atómica no estado só sólido é lenta, é necessá necessário um arrefecimento lento para que a difusão se dê de uma forma eficaz, eliminando os gradientes de concentraç concentração. Quando as ligas são vazadas, o arrefecimento não é feito tão lentamente quanto seria desejá desejável, logo... Diagramas de fases º Aparecimento da microestrutura em ligas isomorfas em condiç condições de não equilí equilíbrio (arrefecimento rá rápido) º Formaç Formação de uma estrutura ZONADA devido à existência de regiões com diferentes composiç composições quí químicas. 4 MATERIAIS / MATERIAIS I Pedro Almeida DEM 2005 MATERIAIS / MATERIAIS I 5 Pedro Almeida DEM 2005 Diagramas de fases º 6 Como eliminar uma estrutura zonada??? As estruturas zonadas podem ser eliminadas com um tratamento térmico denominado de Homogeneização. Consiste em aquecer a peça a uma temperatura elevada por forma a acelerar a difusão no estado sólido. A temperatura tem que ser próxima, mas inferior, à temperatura de fusão do sólido com mais baixo ponto de fusão da liga, para que não ocorra fusão localizada. O resultado deste tratamento térmico é uma microestrutura homogénea. Imagem de microscopia luminescente de cristal zonado MATERIAIS / MATERIAIS I Pedro Almeida DEM 2005 Diagramas de fases º Sistemas MATERIAIS / MATERIAIS I 7 Pedro Almeida DEM 2005 Diagramas de fases º Sistemas binários eutécticos binários eutécticos º Componentes apenas parcialmente solúveis um no outro. º A palavra Eutéctico derivou da língua Grega (significa fácil de fundir). Isto porque o ponto de fusão da liga eutéctica, é menor do que o dos seus constituintes. Três regiões monofásicas: α - Solução sólida de B numa matriz de A β - Solução sólida de A numa matriz de B L - Líquido Três regiões bifásicas: α+L – Coexistência das fases α e L β+L – Coexistência das fases β e L α+β – Coexistência das fases α e β 8 MATERIAIS / MATERIAIS I Pedro Almeida DEM 2005 MATERIAIS / MATERIAIS I 9 Pedro Almeida DEM 2005 10 Diagramas de fases º MATERIAIS / MATERIAIS I Pedro Almeida DEM 2005 Diagramas de fases º º º º Linha Solvus Linha de solubilidade no estado só sólido dos dois componentes. Separa as soluç ç ões só ó solu s lidas da mistura das mesmas. Euté Eutéctico ou ponto invariante Um lí líquido e duas fases só ó lidas coexistem em equilí s equilíbrio na composiç composição euté eutéctica e na temperatura euté eutéctica. ctica. Linha Isoté é rmica Linha Solidus horizontal à Isot temperatura euté eutéctica. ctica. Reacç Reacção Euté Eutéctica Transiç Transição entre o lí líquido e a mistura de duas fases só sólidas (α (α e β) na composiç composição euté eutéctica. ctica. Limite de Solubilidade MATERIAIS / MATERIAIS I 11 Pedro Almeida DEM 2005 12 MATERIAIS / MATERIAIS I Pedro Almeida DEM 2005 MATERIAIS / MATERIAIS I 13 Arrefecimento lento de uma liga Pb – Sn Liga rica em Chumbo (0 – 2 wt% Sn) Solidificaç Solidificação ocorre como se se tratasse de um sistema isomorfo Reacç Reacção Euté Eutéctica: ctica: T=183 ºC L(61,9 wt% Sn) Sn) α(18,3 wt% Sn)+β Sn)+β(97,8 wt% Sn) Sn) α+L L º º º 14 º Diagramas de fases º Pedro Almeida DEM 2005 α α e β - Soluç Soluções só sólidas terminais (ou fases primá primárias) α - Fase rica em Chumbo que pode dissolver em soluç solução sólida um má máximo de 18,3 wt% de Sn a 183 ºC β - Fase rica em Estanho que pode dissolver em soluç solução sólida um má máximo de 2,2 wt% de Pb a 183 ºC MATERIAIS / MATERIAIS I Pedro Almeida DEM 2005 º MATERIAIS / MATERIAIS I 15 Arrefecimento lento de uma liga Pb – Sn Liga rica em Chumbo (2 – 18,3 wt% Sn) Composiç Composições entre o limite de solubilidade à T. Amb. Amb. E o limite máximo de solubilidade (T euté eutéctico) L α+L α α+β Pedro Almeida DEM 2005 º 16 Arrefecimento lento de uma liga Pb – Sn Composiç Composição Euté Eutéctica (61,9 wt% Sn) Não há há alteraç alterações acima da temperatura euté eutéctica. ctica. Para T < Teuté Teutéctica, ctica, o lí líquido transformatransforma-se nas fases α e β (reacç (reacção euté eutéctica). ctica). L α+β MATERIAIS / MATERIAIS I Pedro Almeida DEM 2005 MATERIAIS / MATERIAIS I 17 Pedro Almeida DEM 2005 Diagramas de fases º 18 Diagramas de fases As composiç composições das fases α e β são muito diferentes. A reacç reacção euté eutéctica envolve a redistribuiç redistribuição dos átomos de Pb e Sn por difusão ató atómica. º Composições dentro da linha isotérmica do eutéctico (mas não a do eutéctico) A formação simultânea de α e β resulta numa microestrutura por camadas (Lamelar) chamada de microestrutura eutéctica. MATERIAIS / MATERIAIS I Pedro Almeida DEM 2005 MATERIAIS / MATERIAIS I 19 Pedro Almeida DEM 2005 Diagramas de fases º Formaç Formação da fase α primá primária na região α+L e formaç formação da estrutura euté eutéctica (lamelas de α+β) apó após passagem pela linha isoté eutéctico) ctico) isotérmica euté eutéctica (α e β euté 20 MATERIAIS / MATERIAIS I Pedro Almeida DEM 2005 MATERIAIS / MATERIAIS I 21 Diagramas de fases º Pedro Almeida DEM 2005 Diagramas de fases º Como calcular a percentagem relativa dos microconstituintes??? microconstituintes??? º Microconstituinte – Elemento de uma microestrutura com uma estrutura distinta. No caso do acetato anterior a estrutura final seria constituí constituída por dois microconstituintes – a fase α primá primária e a estrutura euté eutéctica. ctica. º O microconstituinte euté eutéctico, advé advém do lí líquido com a composiç composição do euté eutéctico (61,9 wt % Sn). Podemos considerar o euté eutéctico como uma fase distinta e aplicar a regra da alavanca para determinar a proporç proporção da fase α primá primária (18,3 wt % Sn) e da estrutura euté eutéctica (61,9 wt % Sn). Estrutura Lamelar Grãos %e = P / (P+Q) (eutéctico) %α’ = Q / (P+Q) ( α Primário) Apesar da estrutura eutéctica ser constituída por duas fases (α e β), representa um só microconstituinte com uma estrutura lamelar, e uma proporção definida das duas fases. MATERIAIS / MATERIAIS I Pedro Almeida DEM 2005 23 Diagramas de fases º Como calcular a percentagem (primá primária + euté eutéctica) ctica) ??? º total da fase Mais uma vez o cá cálculo é feito com base na regra da alavanca. %α’ = Q / (P+Q) (α Primário) %α total = (Q+R) / (P+Q+R) (α total) %α eutético = %α total- %α’ (α Eutéctico) (Isto para a temperatura imediatamente abaixo da temperatura eutéctica) α 22