MCM – Tratamentos térmicos dos aços

MCM – Tratamentos térmicos dos aços

DIAGRAMAS DE FASES

Definições e conceitos básicos

Componente: metais puros ou compostos que compõem uma liga.

Sistema: série de possíveis ligas com os mesmos componentes.

Solução sólida: átomos de soluto são adicionados ao solvente sem que a estrutura cristalina deste último se altere.

Fase: porção homogênea de um sistema com características químicas e físicas uniformes.

Limite de solubilidade

Concentração máxima de átomos de soluto que pode se dissolver no solvente

A adição de soluto além deste limite resulta na formação de um outro composto com composição química diferente. (Ex.: sistema água - açúcar)

Varia com a temperatura.

Diagrama de solubilidade

Solubilidade do açúcar na águaFonte: CALLISTER, W. D, Fundamentals of Materials Science and Engineering

Microestrutura

Influi no comportamento mecânico do material.

Caracteriza-se pelo número de fases presentes, suas proporções, distribuições e arranjos.

Depende de variáveis como os elementos presentes, suas concentrações e tratamentos térmicos.

Microestrutura do ferro α (ferrita) ampliação 90X

Microestrutura

Fonte: CALLISTER, W. D, Fundamentals of Materials Science and Engineering

Microestrutura de um aço contendo 0,44%p Campliação 3000X

Microestrutura


Microestrutura de um aço contendo 1,40%p Campliação 1000X

Microestrutura


Equilíbrio de fases

Energia livre: função da energia interna e da entropia de um sistema.

Sistema em equilíbrio → energia livre mínima.

Equilíbrio de fases: as características das fases de um sistema não se alteram com o tempo.

O equilíbrio de um sistema é perturbado com variações de P, T e composição.

Equilíbrio de fases Sistemas sólidos: estado do sistema caracteriza-se pela sua microestrutura.

Em sistemas sólidos, o tempo para atingir o equilíbrio é extremamente longo (taxas de difusão sólida baixas).

Sistema metaestável: sistema que ainda não atingiu o estado de equilíbrio.

Estruturas metaestáveis são de grande importância na engenharia de materiais.

Diagramas de fases

Representam relações entre a temperatura e as composições, além das quantidades de cada fase em condições de equilíbrio.

Geralmente referem-se a ligas binárias.

A pressão externa também influencia a estrutura das fases.

São úteis para a previsão das transformações de fases e microestruturas resultantes.

Diagramas de fases

Diagrama de fases do sistema Fe-Fe3CFonte: CALLISTER, W. D, Fundamentals of Materials Science and Engineering

Sistemas isomorfos binários

Exemplo: sistema Cu - Ni

São completamente solúveis um no outro, tanto na fase líquida como sólida.

Apenas duas fases (α e L).

Tanto o Cu como o Ni possuem estrutura CFC (isomorfos), raios atômicos, eletronegatividades e valências semelhantes.

Sistemas isomorfos binários

Diagrama de fases do sistema Cu - NiFonte: CALLISTER, W. D, Fundamentals of Materials Science and Engineering

Determinação das fases presentes

Diagrama de fases do sistema Cu - NiFonte: CALLISTER, W. D, Fundamentals of Materials Science and Engineering

Detalhe do diagrama de fase Cu – Ni

%L = S . 100% R + S

% = R . 100% R + S

%L = C – C0. 100% C – CL

% = C – CL. 100% C – CL


Determinação das composições das fases presentes

Desenvolvimento de microestruturas em ligas isomorfas


Composição: 35%p Ni – 65%p Cu

Temperatura inicial: 1300o C

Condição: resfriamento muito lento, de forma a manter um equilíbrio contínuo entre as fases.


Desenvolvimento de microestruturas em equilíbrio


Resfriamento de ligas isomorfas fora das condições de equilíbrio

Sistemas em equilíbrio: variações de T devem ser lentas para que se completem os processos de difusão.

Como conseqüência, são desenvolvidas estruturas metaestáveis.

Na prática, as taxas de resfriamento são muito rápidas para permitir a completa difusão e a manutenção do equilíbrio.


Composição: 35%p Ni – 65%p Cu


Condição: velocidade de resfriamento não permite manter um equilíbrio contínuo entre as fases.




Desenvolvimento de microestruturas metaestáveis


Deslocamento da curva solidus depende da taxa de resfriamento e das taxas de difusão sólida.

Propriedades mecânicas de estruturas zonadas são inferiores às ótimas.

Segregação: gradientes de concentração ao longo dos grãos – estrutura zonada.

Sistemas eutéticos binários

Exemplo: Sistema Cu - Ag

Fases α: solução sólida na qual o Cu é o solvente e a Ag é o soluto.

Três fases: α, β e L.

Fases β : solução sólida na qual a Ag é o solvente e o Cu é o soluto.


Diagrama de fases do sistema Cu-AgFonte: CALLISTER, W. D, Fundamentals of Materials Science and Engineering


Ponto invariante → reação eutética (eutético = facilmente fundido)

Composição do eutético: CE = Ag(71,9%p)

Reação eutética:

L(Ag 71,9%p) α (Ag 8,0%p) + β (Ag 91,2%p)aquecimento

resfriamento

Desenvolvimento de microestruturas em ligas binárias eutéticas

Exemplo: sistema Pb - Sn

Composição: 99%p Pb – 1%p Sn



Detalhe do diagrama de fase Pb – Sn





Composição: 85%p Pb – 15%p Sn



Detalhe do diagrama de fase Pb – Sn





Composição: 38,1%p Pb – 61,9%p Sn (eutético)



Diagrama de fase Pb – Sn






Microestrutura de uma liga eutética Pb - Snampliação 375X


Fase α

Fase β



Composição: 60%p Pb – 40%p Sn (eutético)



Diagrama de fase Pb – Sn




Microestrutura de uma liga 60%pPb – 40%pSnampliação 400X


Fase αFase β

Fase αprimária

Documents

MCM – Tratamentos térmicos dos aços