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DIAGRAMAS DE FASES
Prof. Dr. Anael Krelling
DIAGRAMAS DE FASES
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•São mapas que permitem prever a microestrutura de um
material em função da temperatura e composição de cada
componente;
•Informações sobre fenômenos de fusão, fundição, cristalização
e outros;
•Correlação entre microestrutura e propriedades mecânicas.
O desenvolvimento de uma microestrutura está
relacionado com as características de seu diagrama de fases.
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DIAGRAMAS DE FASES
COMPONENTES: Metais puros e/ou compostos que compõem uma liga.
Ex.: Latão (Cu-Zn) – componentes são o Cu e o Zn
SOLUTO E SOLVENTE
SISTEMA: Série de possíveis ligas que consistem dos mesmos
componentes, porém independente da composição da liga.
Ex.: Sistema Fe-C
LIMITE DE SOLUBILIDADE: Concentração máxima de átomos de soluto
que pode se dissolver no solvente para formar uma solução sólida.
Ex.: Sistema açúcar-água (C12H12O11-H2O) – Depende da temperatura da
água!
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DIAGRAMAS DE FASES
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DIAGRAMAS DE FASES
Fases: Porção homogênea do sistema que possui
características físicas e químicas uniformes
• Sólida, líquida ou gasosa;
• Duas ou mais fases fronteira (mudança descontínua e
abrupta nas características físicas e/ou químicas).
• Material puro é uma fase
• Xarope água-açúcar é uma fase
• Açúcar é uma fase (sólido)
• Água e gelo – duas fases
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DIAGRAMAS DE FASES
Sistema com uma única fase – Homogêneo
Sistema com duas ou mais fases – Mistura ou Sistema
Heterogêneo (maioria das ligas metálicas)
As propriedades do sistema multifásico são diferentes
das propriedades individuais das fases presentes.
Em ligas metálicas a microestrutura é caracterizada
pelo número de fases presentes, por suas proporções e pela
maneira pela qual elas estão distribuídas ou arranjadas.
Depende:
•Elementos de liga presentes;
•Concentração dos elementos;
•Tratamento térmico. 6
DIAGRAMAS DE FASES
SISTEMA ISOMORFO BINÁRIO
•O mais comum é o sistema Cu-Ni;
•Isomorfo porque os componentes apresentam solubilidade
total tanto no estado líquido quanto no estado sólido;
•Solução Sólida Substitucional;
•Microestrutura CFC.
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DIAGRAMAS DE FASES
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DIAGRAMAS DE FASES
•Qual a temperatura de fusão do Cu?
•Qual a temperatura de fusão do Ni?
•Quais fases estão presentes no ponto A?
•Quais fases estão presentes no ponto B?
•Qual a composição das fases presentes no ponto A?
•Qual a composição das fases presentes no ponto B?
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DIAGRAMAS DE FASES
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DIAGRAMAS DE FASES
Até agora foram estudados diagramas de fase
isomorfos, nos quais existe uma faixa de temperaturas em
que há completa miscibilidade de um constituinte no outro.
Outra condição implicitamente utilizada até agora é de
que os diagramas são de equilíbrio. Isto quer dizer que
qualquer variação de temperatura ocorre lentamente o
suficiente para permitir um rearranjo entre as fases através de
processos difusionais. Também quer dizer que as fases
presentes a uma dada temperatura são estáveis.
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DIAGRAMAS DE FASES
SISTEMAS EUTÉTICOS BINÁRIOS
3 regiões
monofásicas
3 regiões
bifásicas
Temperatura de
fusão
Transformação
eutética
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DIAGRAMAS DE FASES
eutético hipereutético hipoeutético 14
DIAGRAMAS DE FASES
1 – Material
totalmente líquido
2 – Fase sólida α e
líquido em equilíbrio
3 – Última fração de
líquido se solidifica
4 – Presença apenas
de fase sólida α
5 – Formação dos
primeiros cristais da
fase sólida β
6 – Existência das
fases sólidas α e β
em equilíbrio
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DIAGRAMAS DE FASES
1 – Material
totalmente líquido
2 – Formação dos
primeiros cristais da
fase sólida α
3 – Existência de fase
sólida α e líquido em
equilíbrio
4 – Última fração de
líquido sofre reação
eutética
5 – Existência de
fases sólidas α e β
em equilíbrio 17
DIAGRAMAS DE FASES
O SISTEMA FERRO-CARBONO OU FERRO-CARBETO DE FERRO (Fe-Fe3C)
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DIAGRAMAS DE FASES
•Base fundamental para estudo e entendimento dos materiais
estruturais mais utilizados em Metalurgia: os chamados
metais ferrosos.
•Pode-se classificar os metais ferrosos quanto ao teor de C
presente em dois grandes grupos de materiais metálicos:
Aços: ligas Fe-C com teores de C até 2,11% (nos aços ao C
comuns o teor de C normalmente vai até 1,0-1,2%)
Ferros Fundidos: ligas Fe-C com teores de C acima de 2,11%
(na prática entre 2,5-4,5%)
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DIAGRAMAS DE FASES
Aços Ferros
Fundidos 20
DIAGRAMAS DE FASES
• AUSTENITA (do nome do metalurgista inglês Robert Austen) - Consiste em uma
solução sólida intersticial de C (com até 2,11%) no ferro CFC. Em aços ao carbono
e aços baixa liga só é estável acima de 727°C. Apresenta resistência mecânica em
torno de 150 MPa e elevada ductilidade e tenacidade. A austenita não é magnética.
• FERRITA (do latim "ferrum")- Consiste em uma solução sólida intersticial de C
(com até 0,022%) no ferro CCC. A ferrita é magnética e apresenta baixa resistência
mecânica, cerca de 300 MPa, excelente tenacidade e elevada ductilidade.
• CEMENTITA (do latim "caementum")- Denominação do carboneto de ferro Fe3C
contendo 6,7% de C e estrutura cristalina ortorrômbica. Apresenta elevada dureza,
baixa resistência, baixa ductilidade e baixa tenacidade.
•PERLITA (nome derivado da estrutura da madre pérola observada ao microscópio)
- Consiste na mistura mecânica das fases ferrita (88,5% em peso) e cementita
(11,5% em peso) formada pelo crescimento cooperativo destas fases. Apresenta
propriedades intermediárias entre a ferrita e a cementita dependendo do tamanho e
espaçamento das lamelas de cementita.
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DIAGRAMAS DE FASES
Eutetóide Hipereutetóide Hipoeutetóide 22
DIAGRAMAS DE FASES
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DESENVOLVIMENTO DE MICROESTRUTURAS EM LIGAS Fe-C
DIAGRAMAS DE FASES
Estabilidade de
Fases e
Equilíbrio
Equilíbrio Estável
Equilíbrio Metastável
Aços Equilíbrio Estável
Equilíbrio Metastável
Decomposição da Austenita
Reações Martensítica ou Bainítica
Fases (ou microconstituintes) Estáveis Ferrita, Perlita e Cementita
Microconstituintes Metaestáveis Martensita e Bainita
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DIAGRAMAS DE FASES
Ferros
Fundidos
Equilíbrio Estável
Equilíbrio Metastável
Fe-C
Fe-Fe3C
Solidificação de acordo
com o Equilíbrio Estável
Solidificação de acordo com
o Equilíbrio Metaestável
Presença de C na forma livre (Grafita)
Todo o C na forma combinada
(Carboneto de Ferro)
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DIAGRAMAS DE FASES
Ferros
Fundidos
Fe-C
Fe-Fe3C
Fe-C e Fe-Fe3C
Ferros Fundidos Cinzentos
(com grafita livre)
Ferros Fundidos Brancos
Ferros Fundidos Mesclados
Ferros Fundidos
com grafita livre
Ferros Fundidos Cinzentos
Grafita Lamelar
Ferros Fundidos Nodulares
Grafita Esferoidal
Ferros Fundidos Vermiculares
Grafita Compacta
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DIAGRAMAS DE FASES
