Diagrama de fases e equilibrio

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Diagrama de fases e equilibrio

  1. 1. Introdução a Ciência dos Materiais Diagrama de Fases e Equilíbrio1 Prof. André Carvalho
  2. 2. IMPORTÂNCIA:- Dá informações sobre microestrutura e propriedades mecânicas em função da temperatura e composição- Permite a visualização da solidificação e fusão- Prediz as transformações de fases- Dá informações sobre outros fenômenos 2
  3. 3.  Os diagramas de fases (também chamados de 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. 3
  4. 4.  SOLUBILIDADE COMPLETA SOLUBILIDADE INCOMPLETA INSOLUBILIDADE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. Quando o limite de solubilidade é ultrapassado forma-se uma segunda fase com composição distinta 4
  5. 5. FASE É A PORÇÃO HOMOGÊNEA DE UM SISTEMA QUE TEM CARACTERÍSTICAS FÍSICAS E QUÍMICAS DEFINIDAS Todo metal puro e uma considerado uma fase Uma fase é identificada pela composição química e microestrutura A interação de 2 ou maisfases em um material permitea obtenção de propriedadesdiferentes É possível alterar aspropriedades do materialalterando a forma e distribuiçãodas fases 5
  6. 6.  É COMO UM MAPA PARA A DETERMINAÇÃO DAS FASES PRESENTES, PARA QUALQUER TEMPERATURA E COMPOSIÇÃO, DESDE QUE A LIGA ESTEJA EM EQUILÍBRIO- Termodinamicamente o equilíbrio é descrito em termos de energia livre- Um sistema está em equilíbrio quando a energia livre é mínimaO equilíbrio de fases é o reflexo da constância das características das fases com o tempo 6
  7. 7.  Fases de equilíbrio: suas propriedades ou características não mudam com o tempo.Geralmente são representadas nos diagramas por letras gregas Fases metaestáveis: suas propriedades ou características mudam lentamente com o tempo, ou seja, o estado de equilíbrio não é nunca alcançado. No entanto, não há mudanças muito perceptíveis com o tempo na microestrutura das fases metaestáveis. 7
  8. 8.  Isomorfo quando a solubilidade é completa (Exemplo: Sistema Cu-Ni) 8
  9. 9. INTERPRETAÇÃO DO DIAGRAMA DE EQUILÍBRIO- Fases presentes localiza-se a temperatura e composição desejada e verifica-se o número de fases presentes- Composição química das fases usa-se o método da linha de conecção (isotérma)Para um sistema monofásico a composição é a mesma da liga- Percentagem das fases (quantidades relativas das fases) regra das alavancas 9
  10. 10. BComp. Liq= 32% de Ni e 68% de CuComp. Sol. = 45% de Ni e 55% de Cu 10
  11. 11. Ex:o centro do grão mais rico do elemento com o elementode maior ponto de fusão) centro do grão 11 A distribuição dos 2 elementos no grão não é uniforme.
  12. 12. É usada para se determinar as proporções dasfases em equilíbrio em um campo de duas fases
  13. 13. LÍQUIDOEMBRIÕES DAFASE SÓLIDA Contornos dos Nucleação e crescimento de grão grãos cristalinos
  14. 14. P+F=C+N P = número de fases presentes C = número de componentes do sistema N = número de variáveis além da composição p.ex., temperatura, pressão F = número de graus de liberdade  número de variáveis que pode ser alterado de forma independente sem alterar o número de fases existente no sistema A regra das fases representa um critério para o número de fases que coexistirão num sistema no equilíbrio. 15
  15. 15. 16
  16. 16.  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 Como conseqüência da solidificação fora do equilíbrio tem-se a segregação (a distribuição dos 2 elementos no grão não é uniforme. 17
  17. 17. É dada pela linha solvus +l l+ n() () () + () LINHA SOLVUS LINHA SOLVUS + 19
  18. 18. Reação eutética:Líquido  +  Neste caso a solidificação processa-se como num metal puro, no entanto o produto é 2 fases sólidas distintas.Microestrutura do eutético:LAMELAR camadas alternadas de fase  e .Ocorre desta forma porque é a de menor percurso para a difusão 20
  19. 19. Eutético : ponto onde o equilíbrio é invariante, portanto o equilíbrioentre três fases ocorre a uma determinada temperatura e as composiçõesdas três fases são fixas. Líquido + () () + LINHA SOLVUS Indica solubilidade 21
  20. 20.  HIPOEUTÉTICO COMPOSIÇÃO MENOR QUE O EUTÉTICO HIPEREUTÉTICO COMPOSIÇÃO MAIOR QUE O EUTÉTICO 22
  21. 21.  Região preta é a fase primária  rica em Pb Lamelas são constituídas de fase  rica em Pb e fase  rica em Sn 23
  22. 22.  REAÇÃO EUTETÓIDE:  +( a diferença do eutético é que uma fase sólida, ao invés de uma líquida, transforma-se em duas outras fases sólidas. REAÇÃO PERITÉTICA: Envolve três fases em equilíbrio  + Líquido Uma fase sólida mais uma fase líquida transforma-se numa outra fase sólida 24
  23. 23. 25
  24. 24. Ponto defusãocongruente 26

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