Diagramas de equilíbrio binários

Características gerais desses diagramas• Na industria se aplicam poucos metais puros na maioria dos casos

se empregam ligas • Para entendermos e prevermos as estruturas e as propriedades

dessas ligas bem como entendermos alguns tratamentos térmicos deve-se conhecer e saber aplicar os diagramas de equilíbrio

• Eles são expressões gráficas de uma família de ligas formadas entre dois metais puros.

• Um sistema está em equilíbrio termodinâmico quando não apresenta modificações ao longo do tempo nem absorvendo nem liberando energia.

• Desta forma, esses diagramas só indicam as transformações e as temperaturas das transformações reais que ocorrerão na prática se a velocidade de aquecimento e resfriamento forem muito lentas de forma a permitir que o equilíbrio seja alcançado

Definições e conceitos básicos

• Componentes : São os metais puros ou compostos que compõe uma liga.

• Fases: Qualquer porção homogênea fisicamente distinta separada por interfaces.

• Constituintes = fases• As fases podem ser:• -Elementos simples (metais insolúveis)• -Soluções sólidas (Misturas homogêneas no

estado sólido) • -Compostos químicos (intermetálicos): Fe3C

Soluções sólidas substitucional e intersticial

• Solução sólida substitucional: O átomo do soluto substitui o átomo do solvente na rede cristalina.Ex todos os elementos (solutos) de tamanhos comparáveis ao do solvente.

• Solução sólida intersticial: O átomos de pequeno tamanho conseguem se posicionar nos interstícios (espaços vazios) da rede cristalina. Ex C, B, N, H, O.

Representação esquemática de algumas substituições de átomos de ferro (azul) por átomos de cromo (vermelho) que podem ocorrer numa

célula CCC.

Representação esquemática de algumas substituições de átomos de ferro (azul) por átomos de cromo (vermelho) e por átomos de níquel

(pink) que podem ocorrer numa célula CFC.

Diagrama de equilíbrio isomorfo

• É o diagrama que representa as ligas entre dois metais mutuamente solúveis em quaisquer proporções.

• Para formar uma solução sólida completa entre os dois metais esses devem ter:

• - Os raios atômicos próximos, com diferenças inferiores a 15%.

• -Os sistemas cristalinos devem ser iguais

• -As valências devem ser iguais • -Eletronegatividades

semelhantes

Quais informações podem ser extraídas dos diagramas de equilíbrio?

• Fases Presentes:Determinar o ponto temperatura-composição no diagrama e ver quais fases são estáveis naquele ponto

• Determinação das composições das fases: Localizar o ponto temperatura-composição correspondente no diagrama.Se o ponto cai em uma região monofásica a composição da fase é a composição da liga (ponto A). Se cai em uma região bifásica, traçar uma linha de amarração (isotérmica) na região bifásica, puxando uma linha perpendicular na fronteira com as fases. Lê-se as respectivas composições abaixo.

• Determinação das quantidades das fases: Usa-se a mesma linha de amarração anterior para determinar as quantidades em peso. A fração de uma fase é calculada pelo comprimento do ponto da composição da liga, até a fronteira da outra fase e dividindo pelo comprimento total da linha. A fração da outra fase pode ser determinada da mesma maneira. Pode-se utilizar a escala em peso no eixo das composições de um dos componentes para os cálculos acima

• WL= S/ R+S WS= R/R+S

Resfriamento em condições de equilíbrio

(36wt % Ni)

Aspecto de materiais com estrutura monofásica (micrografias de aços)

Variação de algumas propriedades mecânicas em

função da composição em soluções sólidas

Resfriamento fora das condições de equilíbrio• Ocorre quando a velocidade de

resfriamento não é infinitamente lenta para permitir que o equilíbrio seja atingido. Condições encontradas na indústria. Em geral no líquido a difusão é rápida mas no sólido ela é dependente do tempo. Como não se permite o tempo necessário para a homogeneização há modificação na linha sólidus conforme o gráfico ao lado. Forma-se uma estrutura estratificada cuja média entre as composições faz a curva sólidus se deslocar, aumentando a quantidade de líquido em equilíbrio, e reduzindo a temperatura final de solidificação

• Quanto maior a velocidade de resfriamento mais a curva sólidus se afasta da curva do equilíbrio

Aspecto do grão resfriado lentamente, uniforme a direita comparado ao grão resfriado fora das condições de

equilíbrio, estratificado a esquerda. Para torná-lo uniforme: Tratamento térmico a alta temperatura

First to solidify:

46 wt% Ni

Uniform C : 35 wt% Ni

Last to solidify:

< 35 wt% Ni