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DIAGRAMAS DE EQUILIBRIOConceitos Gerais
Diagrama de fases da água
Diagrama de Fases da água pura. Pressão no eixo Y (escala lograritmica)Temperatura no eixo XRepresenta um mapa que mostra as regioes que delimitam a existenciade solido, liquido e vapor.As curvas representam as fronteiras entre as fases
As tres fases estãorepresentadas na imagem aolado
FASES1) H2O - Sólido (gelo)2) H2O - Líquido ( água)3) H2O - Vapor(gas)
Composição é a mesma, muda a estrutura
Conceito de fases em sólidos - aço
FERRITA PROEUTETÓIDE
PERLITA
FERRITA CEMENTITA (Fe3C)
Ferro puro funde a 1538º.C – aço acima desta temperatura será líquido a Pressão atmControlando Pressão e temperatura posso ter ferro e aço no estado vapor.E no estado sólido FASES no estado Sólido
1) Ferrita – Fe com C em SS2) Cementita – Fe3C
Perlita é uma intercalação de duas fases
Uma das razões pelas quais o conhecimento e a compreensão dos diagramas de fases éimportante para o engenheiro está relacionado ao projeto e controle dos procedimentosdos tratamentos térmicos. Algumas das propriedades dos materiais são funções de suasmicroestruturas e, consequentemente de suas histórias térmicas.
O QUE É? Os diagramas de fases (também chamados de diagrama de
equilíbrio) relacionam temperatura, composição química e quantidade
das fases em equilíbrio.
é um “mapa” que mostra quais fases são as mais estáveis nas diferentes
composições, temperaturas e pressões.
QUE VANTAGENS TRAZ?
• 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.COMO ESTUDAR ?
(a) Conhecer a terminologia envolvida
(b) Aprender a interpretar o diagrama
(c) Estudar alguns diagramas
(d) Correlacionar os diagramas com microestruturas
Voltando ao diagrama da água
Diagrama Ferro
Carbono
Diamante:
-Elevado índice de refração
-Alta capacidade de dispersão
-Alta dureza
-Maior condutividade térmica a temperatura
ambiente
-Excelente isolante elétrico
-Transparente ao ultravioleta, infravermelho,
raios-x e luz visível
-Módulo de elasticidade muitlo alto
-Baixo coeficiente de expansão térmica
a) diamond; b)graphite; c) lonsdaleite; d–f) fullerenes (C60, C540, C70); g) amorphous carbon; h) carbon nanotube.
Diagrama de Dois Componentes
Definição de fase – Diagrama de equilíbrio
• Fase:
– Uma parte estruturalmente homogênea do sistema, que possui
propriedades físicas e químicas características.
Ex: Mistura água/gelo - duas fases
Quimicamente idênticas - H2O
Fisicamente distintas - líquida/sólida
Ex: Mistura água/açúcar com açúcar
precipitado - duas
Quimicamente distintas - solução H2O/açúcar
e açúcar puro
Fisicamente distintas - solução em fase
líquida e fase sólida
Microestruturas x Fases
Diagrama Chumbo - Estanho
• Componentes:
• Sistema:
• Fase:
SOLUBILIDADE
LIMITE DE SOLUBILIDADECorresponde a concentração máxima que se pode atingir de um soluto dentro de um solvente.
O limite de solubilidade depende da temperatura. Em geral, cresce com a temperatura.
Capacidade de dissolução de um componente em outro
Limite de solubilidade
Solução Liquida (Xarope) Solução
Liquida
+
Açucar
sólido
Composição %peso
Te
mp
era
tura
(oC
)
Te
mp
era
tura
(oF
)
Açucar
Água
SOLUBILIDADE
O que define a solubilidade
Solução em cobre
NiCu
Solução - Líquido
Ni
Cu
Solução Sólida
Em termos “macroscópicos”
– Um sistema está em equilíbrio quando suas características não mudam
com o tempo, e tende a permanecer nas condições em que se encontra
indefinidamente, a não ser que seja perturbado externamente.
• Em termos termodinâmicos
– Um sistema está em equilíbrio quando sua energia livre é mínima,
consideradas as condições de temperatura, pressão e composição em
que ele se encontra.
– Variações dessas condições resultam numa alteração da energia livre, e
o sistema pode espontaneamente se alterar para um outro estado de
equilíbrio (no qual a energia livre seja mínima para as novas condições de
temperatura, pressão e composição).
Define o conceito de Metaestável
EQUILÍBRIO
Diagrama de fases em condições de equilíbrio
sistema isomórfico
Num sistema binário isomorfo, os dois componentes
são completamente solúveis um no outro.
• A leitura de diagramas isomorfos é feita primeiramente
definindo o par composição-temperatura desejado. Esse
par define um ponto no diagrama.
• Se o ponto desejado estiver num campo onde somente
existe uma fase, a
composição já está definida, e a fase é a indicada no
campo do diagrama.
• Se o ponto estiver numa região onde existem duas fases
em equilíbrio, a
determinação da composição das fases presentes é
possível traçando-se um
segmento de reta horizontal que passa pelo ponto e
atinge as duas linhas que
delimitam o campo de duas fases (linhas liquidus e
solidus). As composições das fases líquida e sólida são
dadas pelas intersecções deste segmento de reta e as
respectivas linhas de contorno.
COMO CONSTRUIR O DIAGRAMA
COMO ENTENDER O DIAGRAMA
NiCu
Solução - Líquido
Solução Sólida
Ni
Cu
O DIAGRAMA EM NÚMEROS
Regra da Alavanca
Composição
da fase LComposição
da fase
R S
O EQUILÍBRIO FORA DO EQUILÍBRIO
FORA DO EQUILÍBRIO
Sistema Isomórfico
Propriedades mecânicas
Sistema de dois componentes
Com Solução solida total em um intervalo de temperatura e Gap de miscibilidade
Ouro branco – Niquel / Prata e Paladio
Sistema de dois componentes
Solução sólida parcial – solução líquida total
Reação invariante - eutética
L
L
Composição Eutética
Composição Hipoeutética
7 97,816 45
Composição sem reação Eutética
Microestrutura
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.