Aula-diagrama de Fases

CINCIA DOS MATERIAISDiagramas de Fases

06/04/2010

Prof. Maria Eliziane Pires de Souza

Curso Eng. Qumica - UFSJ

Cincia dos MateriaisDiagramas de F

ases

Diagramas de Fases

Diagramas de Fases Binrios Sistemas IsomorfosParmetros variveis: Temperatura e composio.Presso mantida constante 1 atm

Diagramas de fases binrios so mapas que representam as relaes entre a temperatura e as composies e quantidades de fases em equilbrio, que exercem influncia na microestrutura de uma liga.equilbrio, que exercem influncia na microestrutura de uma liga.

Sistema isomorfo: ocorre somente a formao de uma fase slida, os dois componentes apresentam solubilidade slida total.


ases

Diagramas de Fases

Sistemas Isomorfos

Temperatura liquidus: acima dela o material est todo lquido.

Temperatura solidus: abaixo dela o material est todo slido.

Intervalo de solidificao: diferena entre a temperatura liquidus e solidus.

Composio (%p Ni)


ases

Interpretao dos Diagramas de Fases

Diagramas de Fases

Fases presentes: Leitura direta do diagrama atravs do ponto de temperatura composio.

Ex.: 1- Liga com composio 57%p Ni 43%p Cu 1150 oC (ponto A).nica fase presente fase .nica fase presente fase .

2- Liga com composio 40%p Ni 20%p Cu 1250 oC (ponto B).Equilbrio entre a fase lquida e a fase .

Composio (%p Ni)


ases


Diagramas de Fases

Determinao das composies das Fases: para regies monofsicas, a composio da fase a mesma da liga.

Ex: Liga localizada no ponto A.Composio da liga: 70%p Ni-30%p Cu 1085 oC. Nesta composio: somente fase Nesta composio: somente fase Composio da fase a mesma da liga:70%p Ni- 30%p Cu.

Composio (%p Ni)


ases


Diagramas de Fases

Determinao das composies das Fases: para regies bifsicas, a composio da fase determinada utilizando a linha de amarrao (isoterma).

Ex: Liga localizada no ponto B (1250 0C -35 %p Ni 65%p Cu.

Para esta liga, nesta temperatura, h apresena de duas fases ( + L). A

Sistema Cu-Ni

Composio (%p Ni)

presena de duas fases ( + L). Acomposio (%p Ni e Cu) pode serdeterminada seguindo o procedimentoabaixo:-Constri-se uma linha de amarrao natemperatura que a liga se encontra.- Na interseo dessa linha com asfronteiras de ambas as fases, sotraadas linhas perpendiculares at oeixo das composies, onde acomposio de cada uma das fases retirado.


ases


Diagramas de Fases

Determinao das composies das Fases: (% p dos elementos)

CL 31,5%p Ni- 68,5%p Cu

C 42,5%p Ni- 57,5%p Cu

Composio (%p Ni)


ases


Diagramas de Fases

Determinao das quantidades relativas das Fases:

Regio monofsica: frao da fase = 1 ou porcentagem da fase = 100%

Regio bifsica: regra da alavanca. Procedimento:1- Trace a linha de amarrao para a composio/temperatura dada.1- Trace a linha de amarrao para a composio/temperatura dada.2- A composio global localizada sobre a linha de amarrao.3- A frao de uma fase calculada tomando-se o comprimento da linha de amarrao desde a composio global da liga at a fronteira da fase oposta, dividindo-se este valor pelo comprimento total da linha de amarrao.4- A frao da outra fase determinada de maneira anloga.


ases


Diagramas de Fases

Determinao das quantidades relativas das Fases:Ex: Liga localizada no ponto B (1250 0C - 35 %p Ni 65%p Cu).

Composio (%p Ni)

WL= 0,68

W= 0,32


ases

Outro sistemas binrios Sistema euttico

Diagramas de Fases

Nestes sistemas a solubilidade dos componentes parcial, devido asdiferenas entre eles. So encontradas trs regies monofsicas: , e lquida.

T

e

m

p

e

r

a

t

u

r

a

solidus

As duas fases slidas ( e ) sodistinguveis e frequentemente possuemestrutura cristalina diferentes.

Composio

T

e

m

p

e

r

a

t

u

r

a

solvus

solidus

liquidusestrutura cristalina diferentes.

A estrutura cristalina de ser a docomponente A.A estrutura cristalina de ser docomponente B.


ases

Sistema euttico

Diagramas de FasesT

e

m

p

e

r

a

t

u

r

a

Em um sistema euttico a seguinte reao est presente:

Essa reao ocorre para a liga na composioeuttica (ponto E).Ponto E ponto invariante, possuicomposio euttica e temperatura euttica.

Composio

T

e

m

p

e

r

a

t

u

r

a

E

composio euttica e temperatura euttica.Trs fases em equilbrio no ponto E.

Material euttico, na temperatura eutticaestar completamente fundido.

Abaixo da temperatura euttica, solubilidadelimitada entre os componentes.


ases

Exemplos sistemas eutticos

Diagramas de Fases

Sistema Pb-Sn

Porcentagem de estanho


ases

L (liquid)

L + L+

1200T(C)

800

1000

T 779C

Exemplos sistemas eutticos

Diagramas de Fases

Sistema Cu-Ag

L+

+

Co , wt% Ag20 40 60 80 1000

200

400

600

800

CE

TE 8.0 71.9 91.2779C


ases

Outras reaes e sistemas binrios

Diagramas de Fases

Euttico

Perittico

Eutetide

Peritetide

Monottico


ases

Outras reaes e sistemas binrios

Diagramas de Fases

1150oC: reao ocorre a 15% B: + L - perittico

920oC: reao ocorre a 40% B: L1 + L2 - monottico750oC: reao ocorre a 70% B: L + - eutticoL + - euttico450oC: reao ocorre a 20% B: + , a eutetide300oC: reao ocorre a 50% B: + or a peritetide


ases

Diagramas de Fases

Desenvolvimento de microestruturas em condies de equilbrio

Sistema Cu-Ni

Ligas isomorfas

Porcentagem de nquel em massa

Primeiro slido

ltimo lquido

Liga 90%Cu - 10% Ni ~25Microns


ases

Diagramas de FasesDesenvolvimento de microestruturas em condies de equilbrio

Ligas eutticas


Liga 98%Pb- 2%Sn. Soluo slida monofsica


ases


Ligas eutticas


Liga 90%Pb- 10%Sn presena de duas fases (precipitao de .


ases


Ligas eutticas Composio no ponto euttico 38,1%Pb- 61,9%Sn presena de duas fases (precipitao de .

As fases slidascrescem a partir dolquido em um arranjolamelar.

Caractersticos de muitos sistemas

eutticos.

18,3% Sn 97,8 % Sn


ases

C , p% Sn

(Pb-Sn System)T(C)


L+L+

+ 200

300

100

L

TE

Co, p% Sn

160 meutectic micro-constituent

hipereuttico: (ilustrativo)

175 m

hipoeuttico: Co = 50 % Sn 61.9euttico

euttico: Co =61.9% Sn

20 60 80 1000 40


ases


Composio hipoeuttica

Liga 80%Pb- 20%Sn presena de duas fases (precipitao de )


ases


Composio euttica

Liga 38,1%Pb- 61,9%Sn Fase , (97,5 %Sn)Fase , (19% Sn)


ases


Composio hipereuttica

Liga 20%Pb- 80%Sn Fase , mais clara, rica em Sn.


ases

Diagramas de FasesDiagramas de equilbrio contendo fases ou compostos intermedirios

Diagrama de fases sistema Al-Cu


ases


Diagrama de fases sistema Al-Mg


ases



ases

Diagramas de FasesO sistema Ferro-carbono Euttico 1147 0C

4,30%pC

Euttoide727 0C0,76%pC


ases

Diagramas de FasesFases presentes no diagrama Ferro-Carbeto de ferro

Ferrita ou ferro -Forma estvel do ferro puro temperatura ambiente. Estrutura CCC.

Apenas pequenas concentraes de carbono so solveis na ferrita. (solubilidade mxima: 0,022%p de carbono a 727 0C).

Propriedades: - Dctil-Magntica abaixo de 768 0C- massa especfica 7,88 g/cm3

Ferrita ampliao de 90x


ases

Diagramas de FasesFases presentes no diagrama Ferro-Carbeto de ferro

Austenita ou fase do ferro - No estvel abaixo de 727 0C.-Solubilidade mxima de carbono: 2,14%p a 1147 0C. - no-magntica.

Ferrita : estvel somente a temperaturas

Austenita ampliao de 90x

Ferrita : estvel somente a temperaturas elevadas sem importncia tecnolgica

Cementita (Fe3C) forma-se quando o limite de C excedido na ferrita . Tambm coexiste com a fase entre 727 0C e 1147 0C. Mecanicamente: dura e frgil


ases

Diagramas de FasesLigas ferrosas

Ligas ferrosas: tem o ferro como componente principal, mas o carbono e outros elementos podem estar presentes.Classificao das ligas ferrosas com base no teor de carbono:Ferro ao e ferro fundido

Ferro menos do que 0,008%p CAo 0,008 a 2,14%p C (raramente excedem 1,0%p C)Ao 0,008 a 2,14%p C (raramente excedem 1,0%p C)Ferros fundidos 2,14 a 6,70%p C (comercialmente menos que 4,5%p C).


ases

Diagramas de FasesDesenvolvimento de microestrutura em ligas de ao

Composio eutetide 0,76%p C.

Perlita = camadas alternadas das fases (0,022%p C e Fe3C (6,7%p C)

120 m


ases


Ligas hipoeuttides


ases


Ligas hipoeuttides

Ferritaproeutetide

Perlita

Fotomicrografia ao 0,38%p C


ases


Ligas hipereuttides


ases

Diagramas de FasesInfluncia de outros elementos de liga

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