aula 03-diagramas de fases

8/16/2019 Aula 03-Diagramas de Fases

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PÓS-GRADUAÇÃO EMENGENHARIA METALÚRGICA


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Metalurgia Física

Autor: Clarissa L. Lopes adpto: Kassim Shamil

Fadhil Al Rubaie

Prof.º Clarissa L. Lopes


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DIAGRAMAS DE FASES

Parte 2


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Diagrama de fases ou de equilíbro são mapas que permitemprever a microestrutura, composição e quantidade fase deum material em função da temperatura e composição de cadacomponente.

A introdução de elementos de ligano material

– Altera a composição

– Influencia no modo desolidificação.

Diagramas de Fases


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Fase e Solubilidade

fases da água:sólida, líquidae gasosa água e álcool

solubilidadeilimitada

Sal e águasolubilidade limitada

Água e óleo nãohá solubilidade.


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Solubilidade ilimitada

Fase e Solubilidade

Independente da quantidade de um ou outrocomponente haverá somente uma fase


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Solubilidade limitada

Fase e Solubilidade


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1. A mesma estrutura ou arranjo atômico;

2. Aproximadamente a mesma composição química epropriedades; e

3. Uma interface entre a própria fase e as fases vizinhas ouregião adjacentes.

Fase


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Equilíbrio - Estável e Metaestável

Equilíbrio estável ou equilíbrio de fases:

A energia livre é mínima para uma combinaçãoespecífica de T, P e composição.

As características não mudam com o tempo

Equilíbrio metaestável:

é um estado fora doequilíbrio que podepersistir por um períodode tempo muito longo.


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Este resultado indica que existe umgrau de liberdade e, portanto, umadas variáveis (T ou P) pode seralterada independentemente da

outra, mantendo-se a coexistênciade duas fases no sistema


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Este resultado indica que mesmoalterando, de modoindependente, duas variáveis(temperatura e pressão), osistema continua a ser

constituído pela mesma fase.


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Tipos de Diagramas de Fases e Sistemas

Regras deHome-Rothery

Raio

Estrutura Eletronegatividade Valência


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Sistema Binário Isomorfo


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Leitura dos Diagramas de FasesFases Presentes: Para uma coordenada do diagrama, verifica-sequais fases estão presentes.


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Leitura dos Diagramas de Fases

Composição de cada fase: Para uma coordenada qualquer,

verifica-se quantas fases existem

Se existir uma fase => a composição é lida diretamente dográfico.

Se existir duas fases => usa-se o método da linha deamarração (tie-line) Em uma dada temperatura, a tie-line se estende de uma

fronteira a outra do campo onde coexistem as duas fases. Marca-se as interseção entre a tie-line e as fronteiras Verifica-se as concentrações de cada fase no eixo

horizontalOBS: a composição de cada fase é determinada na interseçãoda tie-line com a fronteira que separa cada fase com o campodas duas fases.


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α


Composição de cada fase:

Líquido

α

Para uma liga com 35% de Ni

Na temperatura de 1250°C


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ExercícioDetermine a composição de cada fase da liga Cu-40%Ni a1300°C, 1270°C, 1250°C e 1200°C


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Quantidade de cada fase: Para uma coordenada qualquer,verifica-se a quantidade de cada fase. Se existir uma fase => tem-se 100% desta fase Se existir duas fases => usa-se a regra da Alavanca

Com apenas duas fases presentes, a soma das suas frações(quantidades) deve ser 1, logo,

Wα + WL = 1


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Diagrama de Fase e MicroestruturaNo Equilíbrio


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Segregação


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Segregação

Zoneamento observadona pedra Ágata

Consequências da solidificação fora

do equilíbrio:

• Segregação

• Zoneamento

• Redução da temperatura solidus• Diminuição das propriedades

• Pode haver a necessidade de

tratamento de homogeneização


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Microssegregação – Segregação química em produtosfundidos, também conhecida como segregaçãointerdendrítica ou coring ; - trinca a quente,

Não-equilíbrio e segregação

Tratamento de homogeneização – Tratamento térmico

utilizado para reduzir o fenômeno de microssegregaçãocausado durante a solidificação fora do equilíbrio;

Macrossegregação – A presença de diferenças decomposição em um material ao longo de grandesdistâncias, causada pelo solidificação de não-equilíbrio.


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Sistema Binário Eutético


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Reação que forma estrutura monofásica

Até 2% Sn a liga se comporta

exatamente como a liga Cu- Ni, uma solução sólidamonofásica

Essa liga ganha resistência

mecânica por: solução sólida,

encruamento e refino degrão.

R ã d i i ã F β


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Reação de precipitação – Fase β

Entre 2 e 19% Sn a liga forma

uma solução sólida α e depois precipita fase β.

A solubilidade de estanho em α édada

Pela linha solvus.A resistência mecânica desta liga

éfunção da quantidade de fase β

precipitada.


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Para o diagrama Pb – Sn determine:

a solubilidade do estanho no chumbo (α) a 100°C;

a solubilidade máxima de estanho no chumbo (α) e de chumbo noestanho (β);

A composição química deSn em em α e β.

a quantidade de β formada na

liga de Pb-10% Sn a 0°C;

Esboce a microestrutura

Exercício Reação precipitação – Fase β


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A fase dispersa dura e resistente deve ser descontínua,enquanto a matriz macia e dúctil deve ser contínua.(propagação de trinca)

As partículas de fase dispersa devem ser pequenas e

numerosas, ou seja, com grande área de superfície.(movimento das discordâncias)

É preferível que as partículas da fase dispersa tenham

formato esféricos em vez de agulhas e formatos pontiagudos.(concentração de tensões)

Propriedades Mecânicas x Precipitados


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Reação Eutética

Reação eutética: Líquido +

Neste caso a solidificação processa-se como num metal puro, no entanto, o produto é 2 fases sólidas distintas.


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Espaçamento Interlamelar: é a distância do centro de uma

lamela α até o centro da lamela β seguinte. O espaçamento

interlamelar é função da velocidade de crescimento do eutético.

Quanto menor o espaçamento maior a resistência mecânica

Tamanho da Colônia: No interior de cada colônia, a orientação

das lamelas no microconstituinte eutético é idêntica, mas a

orientação muda ao cruzar o contorno. Quanto mais refinada maior

a resistência mecânica

Resistência Mecânica de Ligas Eutéticas


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Quantidade do Eutético: Com quantidades crescentes do

microconstituinte eutético, a resistência mecânica da liga aumenta.

Microestrutura Al-Si: Placas finas e pontiagudas concentram tensões,

reduzindo a ductilidade e a tenacidade do material.

Resistência Mecânica de Ligas Eutéticas


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Para o diagrama Pb – Sn determine:

a composição e quantidade de cada fase em uma liga Pb-Sn de composição eutética;

Exercício Reação Eutética


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Quanto a liga possui composição MENOR que o

EUTÉTICO

Em ligas hipoeutéticas ocorre inicialmente a precipitação

de fase primária dendritas

de α proeutéticas ou primária;

O líquido eutético residual se

transforma em microestrutura

eutética.

Reação Hipoeutética


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Exercício Reação HipoeutéticaPara uma liga hipoeutética Pb-30%Sn, determine as fases

presentes, a quantidade de cada fase e sua composição a 300, 200184, 182°C. Para as mesmas temperaturas faça a evolução damicroestrutura.

A fase sólida α que se forma quanto o líquido é resfriado a

partir da temperatura liquidus até a eutética, denomina-se faseprimária ou proeutética.

A quantidade de microconstituinte eutético inicia-se a 183°C

e atinge 26% neste caso, pois, 74% já é fase α proeutética.


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Quanto a liga possui composição MAIOR que o EUTÉTICO

Em ligas hipereutéticas ocorre inicialmente a precipitação de fase primária dendritas de β proeutéticas;

O líquido eutético residual se transforma em microestrutura eutética.

Reação Hipereutética

RESUMO


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Zero grau de liberdade, por isso, a reação monotéticaé chamada uma Reação Invariante.


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Zero grau de liberdade, por isso, a reação eutetóide échamada uma Reação Invariante.


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Zero grau de liberdade, por isso, a reação preitetóideé chamada uma Reação Invariante.


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Reações Invariantes em Diagramas de Fase


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Reações Invariantes em Diagramas de Fase

Ponto de Fusão Congruente


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Ponto de Fusão Congruente

Resumo


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Resumo Ao diagramas de fases são apresentações gráficas das

fases presente num sistema material a várias temperaturas,

composição e pressões

Os diagramas de fases binários indicam-nos quais as fasespresentes para diferentes temperaturas e composiçõesquando o processo ocorre próximo do equilíbrio.

Nos diagramas Binários e Isomorfo os dois componentes

Nas regiões bifásicas a composição química de cada fase é

dada pela extremidade dos campos. As proporções de cada fase é dada aplicando-se a regra da

alavanca.


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