diagrama de equlíbrio
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DIAGRAMA DE FASEOU DE EQUILBRIO
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DIAGRAMA DE FASE OU DEEQUILBRIOROTEIRO DA AULA Importncia do tema
Definies : componente, sistema, fase, equilbrio
Limite de solubilidade
Metaestabilidade (sistemas fora do equilbrio) Sistemas com um nico componente
Sistemas binrios
Regra da alavanca
Regra das Fases
Transformaes : euttica, eutetide, perittica, peritetide
Desenvolvimento de estruturas em sistemas binrios
em condies de equilbrio
fora do equilbrio
em sistemas com eutticos
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DIAGRAMA DE FASE OU DE EQUILBRIO
1. IMPORTNCIA:
- D informaes sobre microestrutura e propriedadesmecnicas em funo da temperatura, composio equantidade de fase em equilbrio;
- Permite a visualizao da solidificao e fuso;
- Prediz as transformaes de fases;- D informaes sobre outros fenmenos.
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DIAGRAMA DE FASE OU DE EQUILBRIO
2.Definies:
- Componentes:So metais puros e/ou compostos qumicos e/ou compostosque constituem uma liga. (Lato = Cu + Zn)
Sistema: Definio 1 : quantidade de matria com massa e
identidade fixas sobre a qual dirigimos a nossa ateno.Todo o resto chamado vizinhana. Exemplo: uma panelade fundio com ao fundido.
Definio 2 : srie de ligas formadas pelos mesmoscomponentes, independendo da composio especfica.
Exemplo: o sistema Ferro-Carbono.Fase:
Uma poro homognea do sistema, que possuipropriedades fsicas e qumicas caractersticas. Exemplo:fases a, b e L da liga ao lado.
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DIAGRAMA DE FASE OU DE EQUILBRIO
2.Definies:
Fase:
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DIAGRAMA DE FASE OU DE EQUILBRIO
2.Definies:
EQUILBRIO Em termos macroscpicos
Um sistema est em equilbrio quando suas caractersticasno mudam com o tempo, e tende a permanecer nascondies em que se encontra indefinidamente, a no ser
que seja perturbado externamente. Em termos termodinmicos
Um sistema est em equilbrio quando sua energia livre mnima, consideradas as condies de temperatura,presso e composio em que ele se encontra.
Variaes dessas condies resultam numa alterao daenergia livre, e o sistema pode espontaneamente se alterarpara um outro estado de equilbrio (no qual a energia livreseja mnima para as novas condies de temperatura,presso e composio).
Energ ia Livre DG = DHT DS
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DIAGRAMA DE FASE OU DE EQUILBRIO
2.Definies:
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DIAGRAMA DE FASE OU DE EQUILBRIO
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DIAGRAMA DE FASE OU DE EQUILBRIO2.Definies:
Microestrutura
caracterizada pelo nmero de fases existentes, porsuas propores e pela maneira pela qual elas estodistribudas ou arranjadas.
Molibdnio puro
Lato (cobre-zinco)
Alumnio- 18% silcio)
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4. FASES DE EQUILBRIO E FASESMETAESTVEIS
Fases de equilbrio: suas propriedades oucaractersticas no mudam com o tempo.
Geralmente so representadas nos diagramas porletras gregas
Fases metaestveis: suas propriedades ou
caractersticas mudam lentamente com o tempo,ou seja, o estado de equilbrio no nuncaalcanado. No entanto, no h mudanas muitoperceptveis com o tempo na microestrutura das
fases metaestveis Raio-X
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SISTEMAS BINRIOS ISOMORFOS
L:Soluo lquida homogneacontendo Ni+ CU
: Soluo slida homogneacontendo Ni+ CU.
Isomorfo: sistema em que existesolubilidade completa dos doiscomponentes nos estados lquidos e
slidos Linha liquidus: afase lquida est
presente em todas as temperaturase composies localizadas acimadesta linha.
Linha solidus: abaixo da qual, paraqualquer temperatura ecomposio, existe apenas a faseslida.
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% atmica Ni
L = Soluo lquidahomognea de Cu+ Ni
Soluo slidahomognea de Cu +Ni
SISTEMAS BINRIOS ISOMORFOS
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4.1. DIAGRAMA DE EQUILBRIO PARASISTEMAS BINRIOS E ISOMRFOS
Isomorfo quando a solubilidade completa (Exemplo:Sistema Cu-Ni)
linhaliquidus
linhasolidus
FILME
http://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_3/Meus%20documentos/Cursos/concluido/mestrado/movies/9%20-%20Phase%20Diagrams/Alcohol.movhttp://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_3/Meus%20documentos/Cursos/concluido/mestrado/movies/9%20-%20Phase%20Diagrams/Alcohol.movhttp://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_3/Meus%20documentos/Cursos/concluido/mestrado/movies/9%20-%20Phase%20Diagrams/Alcohol.movhttp://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_3/Meus%20documentos/Cursos/concluido/mestrado/movies/9%20-%20Phase%20Diagrams/Alcohol.movhttp://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_3/Meus%20documentos/Cursos/concluido/mestrado/movies/9%20-%20Phase%20Diagrams/Alcohol.movhttp://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_3/Meus%20documentos/Cursos/concluido/mestrado/movies/9%20-%20Phase%20Diagrams/Alcohol.mov -
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INTERPRETAO DO DIAGRAMA DEEQUILBRIO
- Fases presentes localiza-se a temperatura ecomposio desejada e verifica-se o nmero de fasespresentes
- Composio qumica das fases usa-se omtodo da linha de conexo (isotrma)
Para um sistema monofsico a composio a mesma
da liga
- Percentagem das fases (quantidades relativas
das fases) regra das alavancas
SISTEMA BIN RIO C Ni
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SISTEMA BIN RIO Cu-NiDETERMINAO DAS FASES PRESENTES
B
1- determina atemperatura ecomposio nodiagrama.
Ex:T 1150C
50%p de Ni
B
100% fase slidaA composio amesma da liga.
C
SISTEMA BINRIO C Ni
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SISTEMA BINRIO Cu-NiDETERMINAO DA COMPOSIO QUMICA DAS
FASES
Comp. Liq= 32% de Ni e 68% de CuComp. Sol. = 45% de Ni e 55% de Cu
B
Existe duas formas:
1- Regio monofsica: acomposio a mesma da liga
presente.Ex: T 1100C; 80%p de Ni
(A)%100 fase slida
80% de Ni e 20%Cu.
2- Regio bifsica:
Ex: T= 1240C; 60%Ni
A
1- determina a temperatura e composio no diagrama.
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SISTEMA Cu-NiDeterminao das quantidades relativas dasfases
Existe duas formas:
1- Regio monofsica: somente uma fase est presente %100 fase.
2- Regio bifsica: usa-se a linha de amarrao em conjunto regra
da alavanca. Seguindo o procedimento:Constroi-se a linha de amarrao e localiza a composio globalsobre esta linha;
Calcula-se a frao de fase: toma-se o comprimento da linha deamarrao desde a composio global at a fronteira com a faseoposta e divide-se pelo comprimento total da linha de amarrao
A frao da outra fase determinada de maneira semalhante;
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SISTEMA Cu-NiDeterminao das quantidades relativas das fases
Comp. Liq= 31,5% Ni e 68,5%Cu
Comp. Sol. = 42,5,%Ni e %57,5Cu
Composio das fases
Percentagem dasfases
L = S
R+S
S = R
R+S
L = C-C0
C-CL
L = Co-CL
C-CL
Fase lquida:
Fase slida:
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SISTEMA Cu-NiExerccio: Determinao das quantidadesrelativas das fases (tomando: 1250C; 35%pNi)
Comp. Liq= 31,5% Ni e 68,5%Cu
Comp. Sol. = 42,5 %Ni e %57,5Cu Composio das fases
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SISTEMA Cu-NiExerccio: Determinao das quantidadesrelativas das fases (tomando: 1250C; 35%pNi)
Comp. Liq= 31,5% Ni e 68,5%Cu
Comp. Sol. = 42,5 %Ni e %57,5Cu Composio das fases
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a. Exerccio: Uma liga Cu-Ni com composio 70%pNi-30%pCu aquecida lentamente a partir de 1300C. Determine:
Temperatura que se forma a primeira frao de fase lquida;
Qual a composio desta fase lquidaQual a temperatura que ocorre a fuso completa da liga.Qual a composio da ltima frao de slido quepermanece no meio antes da fuso completa
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DESENVOLVIMENTO DA MICROESTRUTURASOLIDIFICAO EM EQULIBRIO
A microestrutura s segue o diagrama de equilbriopara velocidades de solidificao lentas;
Na prtica, no h tempo para a difuso completa e
as microestruturas no so exatamente iguais s doequilbrio;
O grau de afastamento do equilbrio depender dataxa de resfriamento;
Como conseqncia da solidificao fora doequilbrio tem-se a segregao (a distribuio dos 2elementos no gro no uniforme).
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DESENVOLVIMENTO DA MICROESTRUTURASOLIDIFICAO EM EQULIBRIO
(35%p Ni65%pCu)
1260C
Composio qumicadas fases
Quantidade relativa dasfases
Lquido slido Lquido slido
Ponto a 35%pNi 0% 100% 0%
Ponto b 35%pNi 46%pNi 100% 0%
Ponto c 32%pNi 43%pNi - 73%pNi 27%pNi
Ponto d 24%pNi 35%pNi - 0% 100%
Ponto e 0% 35%pNi - 0% 100%
DESENVOLVIMENTO DA MICROESTRUTURA
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DESENVOLVIMENTO DA MICROESTRUTURASOLIDIFICAO EM EQULIBRIO (35%p Ni65%pCu)
1260C
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CORED x EQUILBRIO DE FASES
Rpida taxa de resfriamento: Baixa taxa de resfriamento:
Estrutura de CORED Equilbrio
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Microestrutura fora do equlibio
CONSEQUNCIAS DA SOLIDIFICAOFORA DO EQUILBRIO:
Segregao zonamento (coring) diminuio das propriedades Pode haver a necessidade de
recozimento
Zonamento observado numa liga de Zn Contendo Zr (aumento 400X)
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Mudana na composio das fases durante oprocesso de solidificao
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Curva de solidificao e Remoodo calor latente de fuso
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Propriedades mecnicas isomorfas
SISTEMAS EUTTICOS BINRIOS
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SISTEMAS EUTTICOS BINRIOS
Le, So encontradas 3 regies monofsicas
distintas: rica em cobre e prata como soluto rica em prata e cobre como soluto
1. Temperaturas baixo dalinha BEG apenas umaconcentrao limitada de
prata ir se dissolver nocobreidem para ocobre.
2. CBAlimite desolubilidade para a fase
3. B (8%p Ag)Solubilidademxima da prata no cobrena fase
4. G (8,8%pCu) solubilidade
mxima do Cobre naPrata na fase
SISTEMAS EUTTICOS BINRIOS
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SISTEMAS EUTTICOS BINRIOS1. 3 regies bifsicas2. Euttico : ponto onde o equilbrio invariante, portanto o
equilbrio entre trs fases ocorre a uma determinada temperatura
e as composies das trs fases so fixas.
eLL;
1. Composio eutticasolidifica a uma T abaixode qualquer outra liga
2. Temperatura eutticaTmais baixa a qual podeexistir fase lquida
Exerccio
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Faa uma anlise das fases presentes nos seguintes pontos do diagrama defases Pb-Sn: 40%Sn e T= 150C
Composio das fases
Alfa = 10% Sn90% Pb
Beta =98%Sn-2%Pb
Quantidade das fases
%3434,0
1098
1040
%6666,01098
4098
1
1
CC
CCW
CC
CCW
SISTEMAS EUTTICOS BINRIOS
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SISTEMAS EUTTICOS BINRIOSExerccio
Faa uma anlise das fases presentes nos seguintes pontos do diagrama defases Pb-Sn: (fases presentes, composio das fases e proporo das fases)
a. Composio euttica:
b. 40%Sn e T= 230C
c. 40%Sn e T= 185C
d. 40%Sn e T= 180C
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SISTEMAS EUTTICOS BINRIOS
Composio 61,9%Sn 38,1%Pb
Fases presentes alfa beta
Composio dasfases
19,2%pSn;80,8%p Pb 97,5%p Sn ; 2,5%pPb
Proporo dasfases (97,5-61,9)/(97,5-19,2)*100% =45,5% (61,9-19,2)/(97,5-19,2)*100%=54,5%
Composio 40%Sn 60%Pb
Fases presentes Lquido alfa
Composio dasfases 48%pSn; 52%p Pb 15%p Sn ; 85%pPb
Proporo dasfases
(40-15)/(48-15)*100% = 76% (48-40)/(48-15)*100%= 24%
40%Sn e T= 230C
a. Composio euttica:
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SISTEMAS EUTTICOS BINRIOS
Composio 61,9% 38,1%Pb
Fases presentes alfa beta
Composio dasfases
19,2%pSn;80,8%p Pb 97,5%p Sn ; 2,5%pPb
Proporo dasfases (97,5-40)/(97,5-19,2)*100% =73% (40-19,2)/(97,5-19,2)*100%= 27%
Composio 40%Sn 60%Pb
Fases presentes Lquido alfa
Composio dasfases 61,9%pSn; 38,1%p Pb 19,2%p Sn ; 80,8%pPb
Proporo dasfases
(40-19,2)/(61,9-19,2)*100%= 49%
(61,9-40)/(61,9-19,2)*100%= 51%
40%Sn e T= 185C
40%Sn e T= 180C
D l i t d i t t li tti
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Desenvolvimento de microestrutura em ligas eutticas
SnPb
Resfriamento a partir de 350C at 20C da
Caso 1 Composio - 2%p Sn
Varia entre a composio de umcomponente puro e asolubilidade slida mx para ocomponente a temp. ambiente.Muito pequena a faixa decomposies qumicas em
que pode se formar estruturamonofsica
D l i t d i t t li tti
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Desenvolvimento de microestrutura em ligas eutticas
SnPb
Resfriamento a partir de 350C at 20C da
Caso 2 Composio - 15%p SnPRECIPITAO
Ao ser ultrapassado o limite desolubilidade (linha solvus) deSn no Pb, ocorre aprecipitao da fase , dereticulado cristalino distinto doda fase e com distintas
propriedades fsico-qumicas.
D l i t d i t t li tti
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Desenvolvimento de microestrutura em ligas eutticas
At
ransfo
r
Caso 3 - Solidificao da composio euttica
)%8,97()%18()%9,61( toresfriamen pSnpSnpSnL
D l i t d i t t li tti
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Desenvolvimento de microestrutura em ligas eutticas
At
ransfo
r
Estrutura euttica
D l i t d i t t li tti
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Desenvolvimento de microestrutura em ligas eutticas
At
ransfo
r
Caso 4todas as composies que durante oresfriamento cruzam a isoterma euttica (comexceo da composio euttica).
Em ligas hipo-eutticasocorre inicialmenteprecipitao de faseprimria - dendritas de a
pr-eutticas.O lquido eutticoresidual L (61,9% Sn) setransforma emmicroestrutura euttica
[a(18,3% Sn)+b(97,8%Sn)].
D l i t d i t t li tti
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Desenvolvimento de microestrutura em ligas eutticas
Atransforma
o
Frao de microconstituinte euttico = frao da fase lquida.
P Q R
QP
QW
C
QP
PWW Le
'
3,189,61
3,181
RQPPW
RQP
RQW
Reao eutetide e peritetide
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Reao eutetide e peritetide
Atransforma
o
Frao de microconstituinte euttico = frao da fase lquida.
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SISTEMA EUTTICOREGRA DAS FASES
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REAES NA REGIO DE SOLUBILIDADE
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HIPO-EUTTICO E HIPER-EUTTICOHIPO-EUTTICO COMPOSIO MENOR QUE O EUTTICOHIPER-EUTTICO COMPOSIO MAIOR QUE O EUTTICO
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REAO EUTETIDE:
+
( a diferena do euttico que uma fase slida, ao invs de uma
lquida, transforma-se em duas outras fases slidas.
REAO PERITTICA: Envolve trs fases em equilbrio
+ Lquido
Uma fase slida mais uma fase lquida transforma-se numa outrafase slida
DIAGRAMA DE EQUILBRIO TENDOFASES INTERMEDIRIAS
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PERITTICO E EUTTICO
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PERITTICO
Envolve 3 fases em equilbrio
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PERITTICO DUPLO
EUTTICO EUTETIDE E
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EUTTICO, EUTETIDE EPERITTICO
Ponto defusocongruente
REAO MONOTTICA E
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REAO MONOTTICA EEUTTICA
Dois lquidos imiscveis formam uma fase slida euma fase lquida (MONOTTICA)
EUTTICA
TRANSFORMAES
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TRANSFORMAESALOTRPICAS
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DIAGRAMA TERNRIO
COMPPOSIO EM DIAGRAMA
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COMPPOSIO EM DIAGRAMATERNRIO
TRINGULO DE GIBBS
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DIAGRAMA DE FASE Fe-C
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FERRO PURO
FERROPURO
FERRO =
FERRITA FERRO =
AUSTENITA
FERRO =FERRITA
TF= 1534 C
As fases , e so soluesslidas com
Carbono intersticial
cfc
ccc
ccc
Ferro Puro /Formas
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Ferro Puro /FormasAlotrpicas
FERRO = FERRITA
Estrutura= ccc
Temperatura existncia=
at 912 C
Fase Magntica at 768 C(temperatura de Curie)
Solubilidade mx do
Carbono= 0,002% a 727C
mole e dctil
FERRO = AUSTENITA
Estrutura= cfc
Temperatura
existncia= 912 -1394C
Fase No-Magntica
Solubilidade mx do
Carbono= 2,14% a1147 C
mais dura
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FERRO PURO
cfc
ccc
ccc
Ferro Puro /Formas
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Ferro Puro /FormasAlotrpicas
FERRITA AUSTENITA
Ferro Puro /Formas
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Ferro Puro /FormasAlotrpicas
FERRO = FERRITA
Estrutura= ccc
Temperatura existncia= acima de 1394C
Fase No-Magntica
Como estvel somente a altastemperaturas no tem interesse comercial
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FERRO PURO
cfc
ccc
ccc
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Sistema Fe-Fe3C
Ferro Puro= at 0,002% de Carbono
Ao= 0,002 at 2,06% de Carbono
Ferro Fundido= 2,1-4,5% de Carbono
Fe3C (CEMENTITA)= Forma-se quando olimite de solubilidade do carbono ultrapassado (6,7% de C)
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DIAGRAMA DE FASE Fe-C
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CEMENTITA (Fe3C)
Forma-se quando o limite de solubilidade docarbono ultrapassado (6,7% de C)
dura e frgil
um composto intermetlico metaestvel,embora a velocidade de decomposio emferro e C seja muito lenta
A adio de Si acelera a decomposio dacementita para formar grafita
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PONTOS IMPORTANTES DO SISTEMA Fe-Fe3C (EUTTICO)
PONTO C LIGA EUTTICA o ponto mais baixo defuso
Lquido FASE (austenita) + cementita
- Temperatura= 1147 C
- Teor de Carbono= 4,3% As ligas de Ferro fundido de 2,06-4,3% de C sochamadas de ligas hipo-eutticas
As ligas de Ferro fundido acima de 4,3% de C so
chamadas de ligas hiper-eutticas
-
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DIAGRAMA DE FASE Fe-C
C
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PONTOS IMPORTANTES DO SISTEMA Fe-Fe3C (EUTETIDE)
PONTO S LIGA EUTETIDE o liga de menor temperatura de
transformao no estadp slido slida;Austenita FASE (FERRITA) +
Cementita
- Temperatura= 723 C- Teor de Carbono= 0,8 % Aos com 0,002-0,8% de C so chamadas de aos hipo-
eutetide;
Aos com 0,8-2,06% de C so chamadas de aos hiper-eutetides.
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DIAGRAMA DE FASE Fe-C
S
MICROESTRUTURAS / EUTETIDE
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MICROESTRUTURAS / EUTETIDESupondo resfriamento lento para manter o equilbrio
similar ao eutticoConsiste de lamelas alternadas de fase (ferrita) e
Fe3C (cementita) chamadadePERLITA FERRITA lamelas + espessas e
claras
CEMENTITA lamelas + finas e escuras
Propriedades mecnicas da perlita intermediria entre ferrita (mole e dctil) e cementita
(dura e frgil)
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MICROESTRUTURAS / EUTETIDE
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MICROESTRUTURAS /HIPOEUTETIDESupondo resfriamento lento para manter o equilbrio
Teor de Carbono = 0,002- 0,8 %
Estrutura
Ferrita + Perlita
As quantidades de ferrita eperlita variam conforme a
% de carbono e podem ser
determinadas pela regra daalavanca;
Partes claras preutetide ferrita.
MICROESTRUTURAS/HIPEREUTETIDE
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/HIPEREUTETIDESupondo resfriamento lento para manter o equilbrio
Teor de Carbono = 0,8-2,06%
Estrutura
cementita+ Perlita As quantidades de cementita
e perlita variam conforme a% de carbono e podem ser
determinadas pela regra dasalavancas
Partes claras preutetide cementita