Este documento discute diagramas de fases e equilíbrio em materiais. Diagramas de fases mostram as fases estáveis em diferentes composições e temperaturas e como a microestrutura dos materiais está relacionada a eles. O equilíbrio de fases depende da energia livre e das propriedades das fases permanecerem constantes com o tempo. A regra das fases descreve o número de fases presentes em equilíbrio.

1. Introdução a
Ciência dos
Materiais
Diagrama de Fases e
Equilíbrio
1 Prof. André Carvalho

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
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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.
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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
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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 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
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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
mínima
O equilíbrio de fases é o reflexo da constância das
características das fases com o tempo
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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.
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8.  Isomorfo quando a solubilidade é completa (Exemplo:
Sistema Cu-Ni)
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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
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10. B
Comp. Liq= 32% de Ni e 68% de Cu
Comp. Sol. = 45% de Ni e 55% de Cu
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11. Ex:o centro do grão mais rico do elemento com o elemento
de maior ponto de fusão)
centro do grão
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A distribuição dos 2 elementos no grão não é uniforme.

12. É usada para se determinar as proporções das
fases em equilíbrio em um campo de duas fases

14. LÍQUIDO
EMBRIÕES DA
FASE SÓLIDA
Contornos dos
Nucleação e crescimento de grão grãos cristalinos

15. 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.
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16. 16

17.  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.
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19. É dada pela linha solvus
+l l+
n
() ()
() +
()
LINHA SOLVUS LINHA SOLVUS
+
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20. 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
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21. Eutético : ponto onde o equilíbrio é invariante, portanto o equilíbrio
entre três fases ocorre a uma determinada temperatura e as composições
das três fases são fixas.
Líquido +
() ()
+
LINHA SOLVUS
Indica solubilidade
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22.  HIPOEUTÉTICO
COMPOSIÇÃO MENOR
QUE O EUTÉTICO
 HIPEREUTÉTICO
COMPOSIÇÃO MAIOR
QUE O EUTÉTICO
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23.  Região preta é a fase
primária  rica em Pb
 Lamelas são
constituídas de fase 
rica em Pb e fase 
rica em Sn
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24.  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
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25. 25

26. Ponto de
fusão
congruente
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