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Engenharia Dos Materiais - 9 Aula

engenharia dos materiais

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MATERIAIS / MATERIAIS I Pedro Almeida DEM 2005 MATERIAIS / MATERIAIS I 1 Pedro Almeida DEM 2005 Diagramas de fases Diagramas de fases º Fase Porção do sistema que difere do resto, no que se refere à estrutura e/ou à composição. º Diagrama de Fases Representações gráficas que indicam para diferentes temperaturas, pressões e composições, quais as fases presentes num sistema material. º Que informações se podem retirar de um diagrama de fases? (em condições de equilíbrio) Quais as fases presentes para diferentes composiç composições e temperaturas. º A solubilidade no estado só sólido de um elemento (ou composto) noutro. º A temperatura à qual a liga começ começa a solidificar assim como o intervalo de temperaturas em que a solidificaç solidificação ocorre. º A temperatura à qual as diferentes fases começ começam a fundir. º MATERIAIS / MATERIAIS I Pedro Almeida DEM 2005 MATERIAIS / MATERIAIS I 3 Pedro Almeida DEM 2005 Diagramas de fases º 2 Com base na aná análise de um diagrama de fases, é possí possível estimar qual será será a microestrutura de um composto durante e apó após o arrefecimento, e deste modo prever quais as suas propriedades. 4 Diagramas de fases º Diagramas º Uma de fases de Substâncias puras substância pura pode existir no estado sólido, líquido ou vapor, consoante as condições de temperatura e de pressão às quais se encontra. º Várias fases do mesmo composto podem coexistir. (ex. Cubo de gelo num copo de água, ou água em ebulição) MATERIAIS / MATERIAIS I Pedro Almeida DEM 2005 MATERIAIS / MATERIAIS I 5 Pedro Almeida DEM 2005 Diagramas de fases º º 6 Diagramas de fases Diagramas de fases de Substâncias puras º Para uma certa pressão (0,006 atm) atm) e temperatura (0,0099 ºC) as três fases da água coexistem em equilí equilíbrio – Ponto Triplo da água. Regra das Fases de GIBBS º A partir de consideraç considerações termodinâmicas, J.W. Gibbs estabeleceu uma equaç equação que permite determinar o nú número de fases que podem coexistir, em equilí equilíbrio, num determinado sistema F+N = C + 2 F = Nú Número de fases que coexistem num determinado sistema. C = Nú Número de componentes do sistema. N = Nú Número de graus de liberdade. MATERIAIS / MATERIAIS I Pedro Almeida DEM 2005 MATERIAIS / MATERIAIS I 7 Diagramas de fases º º º º Ponto triplo 3 + N = 1 + 2 <=> N = 0 Ponto sobre uma linha 2 + N = 1 + 2 <=> N = 1 Ponto sobre uma área 1 + N = 1 + 2 <=> N = 2 0 graus de liberdade liberdade 1 grau de liberdade 2 graus de liberdade Os diagramas de fases usados em Ciência dos Materiais, são diagramas de fase Temperatura/Composiç Temperatura/Composição, ão, sendo a pressão mantida constante (geralmente a 1 atm). atm). Para estes diagramas a regra das fases de Gibbs toma a forma: F+N = C + 1 Pedro Almeida DEM 2005 Diagramas de fases º Sistemas º Sistema Binários Isomorfos binários – constituído por uma mistura ou liga de dois metais º Sistema Isomorfo – Qualquer que seja a composição da liga, existe apenas uma estrutura cristalina, devido aos dois componentes serem completamente solúveis um no outro, quer no estado sólido, quer no estado líquido. 8 MATERIAIS / MATERIAIS I Pedro Almeida DEM 2005 MATERIAIS / MATERIAIS I 9 Pedro Almeida DEM 2005 Diagramas de fases º Sistemas 10 Diagramas de fases Binários Isomorfos º Sistemas Binários Isomorfos º Linha Liquidus Linha acima da qual só existe fase líquida. º Linha Solidus Linha abaixo da qual só existe fase sólida. º Área entre a linha liquidus e linha solidus Região bifásica onde coexistem a fase sólida e a fase líquida. MATERIAIS / MATERIAIS I Pedro Almeida DEM 2005 MATERIAIS / MATERIAIS I 11 Pedro Almeida DEM 2005 Diagramas de fases Diagramas de fases º º Para uma determinada composição da liga, traçase uma linha horizontal (para a temperatura que se quer analisar). A intercepção dessa linha com as linhas que limitam as fases presentes, dá-nos a composição das mesmas. Como determinar a percentagem presentes numa região bifá bifásica? sica? Em qualquer região bifá bifásica, sica, é possí possível calcular a percentagem de cada uma das fases presentes com o auxí auxílio da regra da alavanca. A REGRA DA ALAVANCA º Marcar a temperatura e a composiç composição de liga que se quer analisar. º Para essa temperatura, desenhar uma linha horizontal (linha isoté isotérmica) º A percentagem é determinada pela regra da alavanca. º Como determinar a composição das fases presentes numa região bifásica? das fases 12 MATERIAIS / MATERIAIS I Pedro Almeida DEM 2005 MATERIAIS / MATERIAIS I 13 Pedro Almeida DEM 2005 Diagramas de fases Diagramas de fases º Regra da Alavanca %L + %α = 1 Percentagens das fases %L = (Cα - Co) / (Cα - CL) %α = (Co - CL) / (Cα - CL) %α.Cα + %L.CL = Co º Regra da Alavanca Percentagem das fases (T = 1250 ºC) Co = 35 wt. wt. % Ni CL = 31.5 wt. % Ni Cα = 42.5 wt. % Ni %L = (C α - Co) / (C α - CL) = =0.68 Ù 68 % % α = (Co - CL) / (C α - CL) = =0.32 Ù 32 % 14