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Aula 4
29/04/2015 1 2015-
1_CM_Aula04_DiagramaFase.pdf
1
Professor: Luis Gustavo Sigward Ericsson
Curso: Engenharia Mecânica
Série: 5º/ 6º Semestre
443X - CIENCIA DOS MATERIAIS
Quinta
Quinzenal Semana par
Conteúdo
10/fev
10/fev
24/fev
24/fev
10/mar
10/mar
24/mar --
24/mar --
07/abr
07/abr
21/abr --
21/abr --
05/mai
05/mai
12/mai --
12/mai --
- Curva temperatura-tempo-transformação, fatores que influem na pos ição das curvas
TTT. Temperabi l idade.
- Noções de tratamentos térmicos : recozimento, normal ização, têmpera e revenido,
es feroidização, temperabi l idade, austempera e martempera. Têmpera superficia l .
Tratamentos termoquímicos : cementação, ni tretação e carbonitretação.
Feriado: Ti radentes
- Propriedades dos aços , normas ABTN, ASTM E DIN, class i ficação dos aços .
- Ferros fundidos – branco, cinzento, nodular, maleável .
- Metais não ferrosos e suas l igas . Cobre, bronze e latão. Alumínio e suas l igas .
Provável NP2
1a aula
2a aula
3a aula
4a aula
5a aula
Dia - Apresentação do curso
- Caracterís ticas gera is exigidas nos materia is de engenharia . Comparação entre
materia is metál icos , pol iméricos e cerâmicos
- Ligação química, estrutura cris ta l inas . Sis temas cris ta l inos , fator de empacotamento
atômico, imperfeições estruturas e movimentos atômicos .
- Propriedades mecânicas dos metais . Deformação elástica . Deformação plástica
- Ruptura dos metais , fratura frági l , fratura dúcti l , fadiga, fluência .
- Diagrama de equi l íbrio binário, reações eutética e eutetóide, lei Gibbs .
- Diagrama de equi l íbrio Fe-C, estruturas que se formam no resfriamento lento de aços
hipoeutetóides , eutetóides e hipereutetóides .
Provável NP1
4a aula Diagramas de Fase ou
Diagramas de Equilíbrio
Aula 4
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Motivação para estudar Diagrama de Fases
Os diagramas de fases (ou diagrama de
equilíbrio) relacionam temperatura,
composição química e quantidade das
fases em equilíbrio.
– Um diagrama de fases é um “mapa”
que mostra quais fases são as mais
estáveis nas diferentes composições,
temperaturas e pressões.
• A microestrutura dos materiais pode
ser relacionada diretamente com o
diagrama de fases.
• Existe uma relação direta entre as
propriedades dos materiais e as suas
microestruturas.
Aula 4
Curva de solubilidade de açúcar em água
em função da temperatura.
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Limite de Solubilidade
É a concentração máxima de átomos de soluto
que pode dissolver-se no solvente, a uma dada
temperatura, para formar uma solução sólida.
A 60º.C é possível dissolver
70 g de açúcar em 30 g de
água.
Acima dessa quantidade o
açúcar precipita.
Aula 4
Curva de solubilidade de açúcar em água em função da
temperatura.
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Fases
FASE é uma porção homogênea de um
sistema que tem características físicas e
químicas uniformes.
A interação de 2 ou mais fases em um
material permite a obtenção de
propriedades diferentes
É possível alterar as propriedades do
material alterando a forma e distribuição
das fases
Todo metal puro é uma considerado
uma fase.
Ex:
Balde com água e gelo – 2 fases
- Fisicamente diferentes
- Quimicamente idênticos
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Fases em Equilíbrio
Fases de equilíbrio:
Suas propriedades ou características
não mudam com o tempo.
Fases metaestáveis:
Suas propriedades ou características
mudam lentamente com o tempo, ou
seja, o estado de equilíbrio não é
nunca alcançado.
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Interpretação do Diagrama de Fases
Fases presentes
Localiza-se a temperatura e composição
desejada e verifica-se o número de fases
presentes
Composição química das fases
•Para um sistema monofásico a
composição é a mesma da liga
•Para um sistema bifásico usa-se o método
da linha de conexão (isoterma)
Percentagem das fases
• Ou quantidades relativas das fases
• Faz-se uso da “regra da alavanca
Diagrama de fase do sistema níquel-cobre
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Regra da Alavanca
• Composição das fases
• Porcentagem das fases
Fase líquida Fase sólida
Comp. Liq= 31,4% Ni e 68,9%Cu
Comp. Sol. = 42,5,4 %Ni e %57,5Cu Fase líquida (CL) - 31.5 wt%Ni – 68.5 wt%Cu
Fase sólida (Ca) - 42.5 wt%Ni – 57.5 wt%Cu.
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Desenvolvimento da Microestrutura
Representação do desenvolvimento de
microestrutura durante a solidificação de uma
liga com 35% de Ni e 65% de Cu
Ponto Temp L a obs:
a 1300 L(35Ni) - Somente fase líquida
b 1260 L(35Ni) a(46Ni)- Primeiros sólidos a.
- Composição das duas fases é dada pela linha de conexão.
c 1250 L(32Ni) a(43Ni) - Composição das duas fases é dada pela linha de conexão.
d 1220 L(24Ni) a(35Ni) - Processo de solidificação virtualmente completo
e 1180 - a(35Ni) - Líquido resmanescente se solificará
Resfriamento lento
Condição em equilíbrio
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Desenvolvimento da Microestrutura
A microestrutura só segue o diagrama
de equilíbrio para velocidades de
solidificação lentas.
Na prática, não há tempo para a
difusão completa e as microestruturas
não são exatamente iguais às do
equilíbrio.
O grau de afastamento do equilíbrio
dependerá da taxa de resfriamento.
A solidificação fora do equilíbrio
provoca a segregação (a distribuição
dos 2 elementos no grão não é
uniforme).
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Desenvolvimento da Microestrutura
Representação do desenvolvimento de microestrutura durante
a solidificação de uma liga com 35% de Ni e 65% de Cu
Resfriamento RÁPIDO
Condição fora do equilíbrio
Ponto Temp L a aMédio obs:
a' 1300 L(35Ni) - - Somente fase líquida
b' 1260 L(35Ni) a(46Ni) - - Primeiros sólidos a.
c' 1240 L(29Ni) a(40Ni) a(42Ni)
- Difusão é lenta. Ainda existe fase a de b'
- a(40Ni) ficou na região periférica. Considerou-se
a(42Ni) como a concentracão média do grão.
- Considerando a regra da alavanca, existe uma
proporcão maior de liquido na condicão sem equilibrio
do que na com equilibrio. Desse modo a linha solidus
(tracejada) é descolada para a direita.
d' 1220 L(24Ni) a(35Ni) a(38Ni)- Em condicão do não equilibrio, essa uma parte
consideravel de liquido.
e' 1205 L(21Ni) a(31Ni) a(35Ni) - Solidificão em não equilibrio finaliza.
f' 1180 - a(35Ni) - - Mostra a estrutura do material solido.
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Reação Eutética
Líquido a +
A solidificação se processa como em
um metal puro, no entanto o produto
apresenta 2 fases sólidas distintas.
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Reação Eutetóide
a +
Uma fase sólida transforma-se em
duas outras fases sólidas.
Eutetóide
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Ferro Puro
Ferro a = Ferrita
Ferro = Austenita
Ferro = Ferrita
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Diagrama Fe – Fe3C
L+Fe3C
EUTÉTICA
L +Fe3C
PERITÉTICA
+L
+L
+L
EUTETÓIDE
a+Fe3C
AÇO FOFO
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A austenita se transforma em perlita a uma temperatura de 727
ºC e concentração de 0,76% de carbono.
A perlita é uma estrutura lamelar constituída de lamelas de
ferrita e cementita.
Aços Carbono Eutetóides
Fotomicrografia de um aço eutetóide mostrando a microestrutura de perlita consistindo de camadas alternadas de ferrita a (a fase clara) e de Fe3C (camadas finas, em sua maioria com aparência escura). 500x
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Aços Carbono Hipoeutetóides
A austenita se transforma em ferrita e perlita para
concentrações de carbono menores que 0,76% .
As quantidades de ferrita e perlita variam conforme a % de
carbono e podem ser determinadas pela regra da alavanca
Partes claras ferrita pró eutetóide
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Aços Carbono Hipereutetóides
A austenita se transforma em perlita e cementita para
concentrações de carbono maiores que 0,76% .
As quantidades de cementita e perlita variam conforme a % de
carbono e podem ser determinadas pela regra da alavanca.
Partes claras cementita pró eutetóide