Diagrama de fase em condies de equilbrio

28/05/2011 Cincia dos MateriaisEngenharia Mecnica

DIAGRAMA DE FASE OU DE EQUILIBRIO1. IMPORTNCIA:D informaes sobre microestrutura e propriedades mecnicas em funo da temperatura e composio;Permite a visualizao da solidificao e fuso;Prediz as transformaes de fases.

2. LIMITE DE SOLUBILIDADELIMITE DE SOLUBILIDADE: a concentrao mxima de tomos de soluto que pode dissolver-se no solvente, a uma dada temperatura, para formar uma soluo slida.

Quando o limite de solubilidade ultrapassado forma-se uma segunda fase com composio distinta.

3. FASES a poro homognea de um sistema que tem caractersticas fsicas e qumicas definidas.

Todo metal puro considerado uma fase.Uma fase identificada pela composio qumica e microestrutura;A interao de 2 ou mais fases em um material permite a obteno de propriedades diferentes; possvel alterar as propriedades do material alterando a forma e distribuio das fases;

4. DIAGRAMA DE FASES OU DE EQUILBRIO como um mapa para a determinao das fases presentes, para qualquer temperatura e composio, desde que a liga esteja em equilbrio.

- Termodinamicamente o equilbrio descrito em termos de energia livre;- Um sistema est em equilbrio quando a energia livre mnima;

O equilbrio de fases o reflexo da constncia das caractersticas das fases com o tempo.

4.1. FASES DE EQUILBRIO E FASES METAESTVEISFases de equilbrio: suas propriedades ou caractersticas no mudam com o tempo. Geralmente so representadas nos diagramas por letras gregas.

Fases metaestveis: suas propriedades ou caractersticas mudam lentamente com o tempo, ou seja, o estado de equilbrio no nunca alcanado. No entanto, no h mudanas muito perceptveis com o tempo na microestrutura das fases metaestveis.

4.2. DIAGRAMA DE EQUILBRIO PARA SISTEMAS BINRIOS E ISOMRFOSIsomorfo quando a solubilidade completa nos estados lquido e slido. (Exemplo: Sistema Cu-Ni)

Fases presentes localiza-se a temperatura e composio desejada e verifica-se o nmero de fases presentes;

Composio qumica das fases usa-se o mtodo da linha de coneco ou linha de amarrao (isotrma);

Para um sistema monofsico a composio a mesma da liga

Percentagem das fases quantidades relativas das fases (regra da alavanca).INTERPRETAO DO DIAGRAMA DE EQUILBRIO

SISTEMA Cu-NiDETERMINAO DAS FASES PRESENTES E DA COMPOSIO QUMICA DAS FASESComposio Liquida= 32% de Ni e 68% de Cu

Composio Solida= 45% de Ni e 55% de CuB

Sistema Cu-Ni - Determinao das quantidades relativas das fasesComposio das fases

Percentagem das fasesFase lquida

Fase slidaComp. Liq= 31,4% Ni e 68,9%CuComp. Sol. = 42,5,4 %Ni e %57,5Cu

Exerccio 1: Uma liga cobre-nquel com composio de 70%p Ni-30%p Cu aquecida lentamente a partir de uma temperatura de 1300C.Em qual temperatura se forma a primeira fase lquida?Qual a composio dessa fase lquida?Em qual temperatura ocorre a fuso completa da liga?Qual a composio do ltimo slido remanescente antes da fuso completa?

A primeira frao da fase lquida se forma na temperatura na qual uma linha vertical nessa composio intercepta a fronteira entre fases e (+L), isto , em aproximadamente 1350C.A composio dessa fase lquida corresponde interseo da linha de amarrao construda atravs da regio das fases +L a 1350C com a fronteira entre fases (+L) e L, ou seja, 59%p Ni. A fuso completa da liga ocorre na interseo dessa mesma linha vertical na composio de 70%p Ni com a fronteira entre fases (+L) e L, i.e., em aproximadamente 1380C. Corresponde interseo da linha de amarrao construda atravs da regio das fases (+L) a 1380C com a fronteira entre fases e (+L), i.e., aproximadamente 78%p Ni.Respostas:

Exerccio 2: possvel existir uma liga cobre-nquel que, em condies de equilbrio, consista em uma fase com composio de 37%p Ni-63%p Cu em combinao com uma fase lquida com composio de 20%p Ni-80%p Cu? Se for possvel, qual a temperatura aproximada da liga? Se no for possvel, explique por qu.

Resposta 2: No possvel se ter uma liga cobre-nquel que, em equilbrio, consista em uma fase com composio de 37%p Ni-63%p Cu em combinao com uma fase lquida com composio de 20%p Ni-80%p Cu. No existe qualquer linha de amarrao dentro da regio +L que intercepte as fronteiras entre fases nas composies desejadas. Para composio 20%p Ni, a fronteira entre fases L e +L est em aproximadamente 1200C, enquanto em 37%p Ni a fronteira entre fases L+ e se encontra em aproximadamente 1225C.

DESENVOLVIMENTO DA MICROESTRUTURAA microestrutura s segue o diagrama de equilbrio para velocidades de solidificao lentas;Na prtica, no h tempo para a difuso completa e as microestruturas no so exatamente iguais s do equilbrio;O grau de afastamento do equilbrio depender da taxa de resfriamento;

SOLUBILIDADE dada pela linha solvusLINHA SOLVUS()() +

LINHA SOLVUS + ll +

SISTEMAS EUTTICOS BINRIOSReao euttica:Lquido +

Neste caso a solidificao processa-se como num metal puro, no entanto o produto de 2 fases slidas distintas.

Microestrutura do euttico:

LAMELAR camadas alternadas de fase e . Ocorre desta forma porque a de menor percurso para a difuso.

REAO EUTTICAHIPOEUTTICO COMPOSIO MENOR QUE O EUTTICO.HIPEREUTTICO COMPOSIO MAIOR QUE O EUTTICO.

() + ()Lquido +

MICROESTRUTURA DE UMA LIGA DE Sn-Pb HIPOEUTTICA

Regio preta a fase primria rica em PbLamelas so constitudas de fase rica em Pb e fase rica em Sn

SISTEMA Fe-C OU Fe-Fe3C E MICROESTRUTURAS QUE SE FORMAM NO RESFRIAMENTO LENTO

DIAGRAMA DE FASE Fe-Fe3C TRANSFORMAO ALOTRPICA+Fe3C+ll+Fe3C+Fe3CCCCCFCCCC+ +lAs fases , e so solues slidas com Carbono intersticial6,7%perlitaaustenita

FERRO = FERRITAFERRO = AUSTENITAFERRO = FERRITA TF= 1534 C

Nas ligas ferrosas as fases , e formam solues slidas com Carbono intersticial

FERRO PUROCARBONO

DIAGRAMA DE EQUILBRIO TENDO FASES INTERMEDIRIASREAO 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 outra fase slida.

DIAGRAMA DE FASE Fe-Fe3C TRANSFORMAES+ll+Fe3C+lPERITTICA +l EUTTICAl +Fe3CEUTETIDE +Fe3CAOFOFO

FERRO = FERRITA

Estrutura= cccTemperatura existncia= at 912 CFase Magntica at 768 CSolubilidade mx do Carbono= 0,02% a 727 CFERRO = AUSTENITA

Estrutura= cfc (tem + posies intersticiais)Temperatura existncia= 912 -1394CFase No-MagnticaSolubilidade mx do Carbono= 2,14% a 1148C

FERRO PURO /FORMAS ALOTRPICAS

FERRO PURO /FORMAS ALOTRPICAS

FERRITAAUSTENITA

FERRO PURO /FORMAS ALOTRPICASFERRO = FERRITA

Estrutura= CCC Temperatura existncia= acima de 1394CFase No-Magntica a mesma que a ferrita Como estvel somente a altas temperaturas no apresenta interesse comercial

SISTEMA Fe-Fe3CFerro Puro= at 0,02% de Carbono;Ao= 0,02 at 2,06% de Carbono;Ferro Fundido= 2,1-4,5% de Carbono;Fe3C (CEMENTITA)= Forma-se quando o limite de solubilidade do carbono ultrapassado (6,7% de C).

CEMENTITA (Fe3C)Forma-se quando o limite de solubilidade do carbono ultrapassado (6,7% de C); dura e frgil;Cristaliza no sistema ortorrmbico (com 12 tomos de Fe e 4 de C por clula unitria); um composto intermetlico metaestvel, embora a velocidade de decomposio em ferro e C seja muito lenta;A adio de Si acelera a decomposio da cementita para formar grafita.

LIGA EUTTICA: corresponde liga de mais baixo ponto de fuso. Lquido FASE (austenita) + cementitaTemperatura= 1148 CTeor de Carbono= 4,3%

As ligas de Ferro fundido de 2,1-4,3% de C so chamadas de ligas hipoeutticas;As ligas de Ferro fundido acima de 4,3% de C so chamadas de ligas hipereutticas.

PONTOS IMPORTANTES DO SISTEMA Fe-Fe3C (EUTTICO)

LIGA EUTETIDE corresponde liga de mais baixa temperatura de transformao slida Austenita FASE (FERRITA) + CementitaTemperatura= 725 CTeor de Carbono= 0,8 %

Aos com 0,02-0,8% de C so chamadas de aos hipoeutetide;Aos com 0,8-2,1% de C so chamadas de aos hipereutetides.

PONTOS IMPORTANTES DO SISTEMA Fe-Fe3C (EUTETIDE)

similar ao euttico => Consiste de lamelas Alternadas de fase (ferrita) e Fe3C (cementita) chamada de PERLITAFERRITA lamelas + espessas e clarasCEMENTITA lamelas + finas e escurasPropriedades mecnicas da perlita intermediria entre ferrita (mole e dctil) e cementita (dura e frgil)

MICROESTRURAS EUTETIDESupondo resfriamento lento para manter o equilbrio

MICROESTRURAS EUTETIDE

MICROESTRUTURA DO AO EUTETIDE RESFRIADO LENTAMENTESomente Perlita

MICROESTRUTURAS /HIPOEUTETIDE Supondo resfriamento lento para manter o equilbrioTeor de Carbono = 0,002- 0,8 %Estrutura Ferrita + PerlitaAs quantidades de ferrita e perlita variam conforme a % de carbono e podem ser determinadas pela regra da alavancaPartes claras pr eutetide ferrita

MICROESTRUTURA DOS AOS BAIXO TEOR DE CARBONOFerritaPerlitaAO COM ~0,2%C

MICROESTRUTURA DOS AOS MDIO TEOR DE CARBONO RESFRIADOS LENTAMENTEFerritaPerlitaAO COM ~0,45%C

MICROESTRUTURAS /HIPEREUTETIDE Supondo resfriamento lento para manter o equilbrioTeor de Carbono = 0,8-2,06 %Estrutura cementita+ PerlitaAs quantidades de cementita e perlita variam conforme a % de carbono e podem ser determinadas pela regra da alavancaPartes claras pr eutetide cementita