Diagrama de Fases - Arquivo

8/20/2019 Diagrama de Fases - Arquivo

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Diagrama de fases

São diagramas que mostramregiões de estabilidade das

fases, através de gráficosque representam as

relações entre temperatura,pressão e composição

química.


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Para que serve:

Investigar reações Químicas

!ntender a microestrutura dosmateriais "rever as suas propriedades

!tc.


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Sistema

Série de possíveis ligas com mesmoscomponentes, mas composições e

microestruturas distintas

!#$ Sistema %obre&'#ig(nio) variação da composição deo#ig(nio leva a diferentes estruturasmicrosc*picas, bem como a formaçãode diferentes fases


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Solução sólida

Fase +omog(nea que contem oumais componentes -solutosdissolvidos em um solvente.

!#$ /atão/iga com até 012 de 3inco em %obre


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Fase

4ma porção de um sistema

que possui propriedadese composição

+omog(neas e que é

fisicamente distinta dasoutras partes do sistema.

%r5 02 6b 7 8egião de contorno de grão


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Equilíbrio termodinâmico

4m sistema está em equilíbrio se

a sua energia livre -9 seencontra em um valor mínimopara alguma combinação

específica de temperatura,pressão e composição


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Energia Livre de ibbs


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Energia Livre de ibbs

) !nergia /ivre de 9ibbs é umamedida de estabilidade de um

sistema de fases.

Quando a variação dessa energia

é nula, di:&se que o sistemaestá em equilíbrio ou estáestável.


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Energia Livre de ibbs ! "

;9 < ;= 7 >;S'nde$ = < entalpia do sistema

> < temperatura S < entropia do sistema.


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Ental#ia !$"

!ntalpia é o conte?do de calor de um sistema,@ pressão constante de f*rmula$

= < ! 5 "A

'nde$!


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Entro#ia !S"

B a medida de desordem de umsistema. Quanto maior adesorgani:ação do sistema,maior a entropia.

T

dQ

dS =

Onde:

Q=Quantidade de calor;

T= temperatura.


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Fonte: Porter e

Easterling


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Fonte: Porter andEasterling


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Fonte: Porter and

Easterling


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Fonte: Porter e Easterling


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Limite de solubilidade

) uma dada temperatura

e#iste uma concentraçãomá#ima de soluto que pode

se dissolver no solvente.

!sse limite c+ama&se limitede solubilidade


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%gua e aç&car


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Solubilidade 'otal


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Efeito da Pressão


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(icroestrutura

) microestrutura pode serobservada por microsc*pio

*tico ou eletrCnico. "odem seridentificadas as fases e a

quantidade delas no material.%ada fase possui propriedades

diferentes.

6imonic -6i5%o 7 D11E

)l5D2 %u

>i F)l&DA 7 D11E

%u5Sn 7 !strutura Gentrítica)ço %omum Hai#o %arbono %u53n & /atão

Superliga de 6iquel


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(icroestrutura de um aço

' )ço possui diversas microestruturasdevido ao seu diagrama de fases e aosdiferentes metodos de processamento


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Perlita ( + Fe3C)

+

Fase próeutetóide(Ferrita ou cementita)

Bainita( + Fe3C)

Martensita(fase tetragonal)

Martensita Revenida( + Fe3C)

Austenita

Resfriamentolento

Resfriamentomoderado

Resfriamentorápido (têmpera)

Reaue!imento


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)dentificação das Fases

!#istem fronteiras onde +á umamudança abrupta de

propriedades. !sses conuntosde propriedades pertencem as

fases presentes

Jicrografia de %omp*sito de Jatri: metálica-)lumínio com partículas cerKmicas


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'i#os de diagramas

Hinários

>ernários

Quaternários


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*in+rio


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'ern+rio


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)nter#retação do diagrama

Quais fases estão presentesL

Qual é a composição das fasesL

Qual é a fração relativa das fasesL


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,egra da alavanca

) regra da alavanca é um métodode determinação da quantidadede cada fase presente no

material


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,egra da -lavanca


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( )

( )

( ) L L

C C

C C

S R

S W

−

−=

+=

α

α 0

( ) ( )( ) L L

C C

C C

S R

RW

−

−

=

+

=

α

α 0

Fração em peso de Líquido (WL)

Fração em peso de sólido (Wα)


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,eaç.es de Fases

8eação !utética

8eação !utet*ide

8eacão "eritética


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)()()( E E E

C C C L β α β α +⇔8esfriamento

aquecimento

%omposição -Mt2 )g

> e m

p e r a t u r a - N % .

%omposição -at2 )g

β α +

L+α L+β

β

α

8eação!utética

->!>emperatura

!utética


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8eação !utética

/íquido → S*lido O 5 S*lido P

Jicroestrutura !utética da/iga 6b -R.2 7 Si

-R.2$ 6i*bio é a faseclara, dispersa na matri: de

6b0Si


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8eação !utet*ide

!#emplos de microestrutura !uter*ide em )ços

%rescimento de microestrutura !utet*ide em aço$+ttp$MMM&g.eng.cam.ac.uTmmgteac+ingtUpdaddendaeutectoidmicrostructureR.+tml

S*lido S*lido→ V 5 S*lido W

, ã P it/ti

http://www-g.eng.cam.ac.uk/mmg/teaching/typd/addenda/eutectoidmicrostructure1.htmlhttp://www-g.eng.cam.ac.uk/mmg/teaching/typd/addenda/eutectoidmicrostructure1.html


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,eação Perit/tica

Líquido 0 sólido - 1 sólido *


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Diagrama de FasesParte ))


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No Equilíbrio

X8eações ocorremcom composiçõesdo líquido e dos*lido+omog(neas

X=á tempo osuficiente para adifusão em ambas

as fases


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Fora do equilíbrio

X' primeirometal formado émais rico emsoluto

X6ão +á tempo

para que adifusão leve acomposiçãoquímica das fases@ posição deequilíbrio

X) variação daconcentração desoluto realdesloca a lin+aS*lidus.


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(icroestruturas ,esultantes

Giagrama de fases %+umbo & !stan+o


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Segundo a regra da alavanca, +averão proporções específicasde fase α e β na composição acima, mas a morfologia

depende do +ist*rico de resfriamento


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X%oncentração desoluto menor quea da lin+a Solvus.

XYormação de grãode α diretamente apartir do líquido.


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X%oncetração deSoluto acima dalin+a solvus, masabai#o da

concentraçãomínima para!utético -%!α

X6ucleação defase β no interirorde grão áformados de α


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)%8,97()%3,18()%9,61( SnSnSn L p p p β α +⇔

X%oncentraçãode Soluto igual a%omposição

!utética da /igaXYormação demicroestruturaeutética a partirdo líquido


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X%oncentração de Soluto entre a %omposição !utética -%! e %!α;XYormação de grãos de α a partir do líquido, mas +avendo líquidoremanescente ao c+egar a >emperatura !utética

XYormação de microestrutura eutética a partir do líquido, entre osgrãos de α "ré&!utet*ides

X%om composição entre %! e %!β, a microestrutura é análoga.


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Diagramas com muitas transformaç.es

Giagrama %obre & 3inco

2 t ) t di+ i

http://billbullet.com/images/products/detail/300mm6.jpg


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2om#ostos )ntermedi+rios

Giagrama 'uro&!stan+o

Giagrama !stan+o&cobre

X)lgumas ligas possuem compostos Inter&Jetálicos$ %omposições específicas aonde osdois metais formam uma fase de estequiometriae cristalografia definida -substituição de átomosna rede em posições específicas. !#$ %u0Sn,

)uSn, Ye)l, Ye)lZ, etc...

GiagramaYerro&)lumínio


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Diagrama de Fases Parte )))

>ransformações congruentes


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8eações %ongruentes$ 'correm quando um líquido da origem a

um líquido de propriedades diferentes e mais uma fase s*lida


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Diagrama Fe3Fe42


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Ferrita (90x)

ustenita (!"#x)


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Perlita !α 0 Fe42"

Jicroestrutura resultantedo resfriamento rápido deuma liga composta defase γ (austenita) comcomposi!o eutet"ide -[1,\F2 %


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ço eutetóide $ommi$roestrutura

perlíti$a

"iga eutetóide (# $%&'C)


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Ao ($%3* C) !ommi!roestrutura

!omposta de perlitae ferrita

proeutetóide

Liga $i#oeutetóide


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Liga $i#ereutetóide

Ao ( %, C) !ommi!rosestrutura

!onstituida de !ementitaproeutetóide (-ran!a)

ue envolve as !ol.nias

de perlita


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)nflu5ncia de outros elementos deliga


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Diagrama de fases dosmateriais cerâmicos


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Lei das Fases de ibbs

" 5 Y < % 5 6

'nde$"< n?mero de fases

Y< n?meros de graus de liberdade %< componentes do sistema

6< quantidade de variáveis não relacionadascom a composição -temperatura, pressão...

Press/o !onstante (


60/60

Press/o !onstante (atm)

0 1 (temperatura 2 a

ni!a variável)

C1 4 ( Cu e Ag)

Fa56se ne!essário espe!i7!ar a

temperatura e a !omposi/opara determinar o nmero defases8

Por e9emplo:

Para a temperatura ; e!omposi

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