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CAP 10 - DIAGRAMAS DE FASES

Smith – cap 8

Fase: região de um material que difere de outra pela sua estrutura e/ou composição.

Diagramas de fases: indicam os domínios de estabilidade de diferentes fases num sistema. Cada linha representa um limite de solubilidade em condições de equilíbrio.

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DIAGRAMAS DE FASES

Uso dos diagramas de fases:Prever as fases que existem em equilíbrio para uma certa composição e temperatura.Determinar a composição química de cada fase.Calcular a quantidade de cada fase na liga.Indicar o ponto de fusão das fases.

É sempre pressuposto equilíbrio.

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SOLUÇÕES vs MISTURAS

Solução: fase com mais de um componenteMistura: material com mais de uma fase

Soluções sólidas:IntersticiaisSubstitucionais

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CURVAS DE SOLUBILIDADE

SugarH2O

T / º

C

xarope

salm

oura

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REGRA DAS FASES DE GIBBS

J.W. Gibbs: F+N= C+2N: nº graus de liberdade (P, T, composição)C: nº de componentes do sistema (elemento, composto, solução)

Se P= cte: F+N= C+1 (regra das fases condensada)

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FASES

Limite de fase: descontinuidade na estruturaEx: gelo (hexagonal) – água (liq)

Ag (cfc; R= 0,144nm) – Cu (cfc; R=0,128 nm)

Solução: fase com mais de um componenteGases: apenas uma faseSólidos amorfos: poucas fasesSólidos cristalinos: muitas fases

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LIMITES DE SOLUBILIDADE

Pb: cfcSn: ccc

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SISTEMAS ISOMORFOS

Solubilidade: ligas binárias

Regras de Hume-Rothery para miscibilidade estado sólido:

Estrutura cristalina idênticaTamanho dos átomos não devem diferir mais de 15%Os elementos não devem formar compostosMesma valência

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SISTEMAS BINÁRIOS ISOMORFOS: Cu-Ni

T / º

C

Linha liquidusLinha solidusRegião bifásicaLinha conjugada

Variando composição: microestrutura cteresistência mecânica, condutibilidade variáveis

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SISTEMAS BINÁRIOS ISOMORFOS: Cu-Ni

Curvas arrefecimento líquido-sólido

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REGRA DA ALAVANCA

Fracção ponderal, fase sólida:

Fracção ponderal, fase líquida:

lsl0

sXωωωω

−−

=

ls0s

lXωωωω

−−

=

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Pb - Sn

α: cfcβ: cccLimites de solubilidade:-Linha solvus

-Ponto eutético-Intervalo de solidificação

Liquido (61.9Sn) α (19.2 Sn) + β (97.5 Sn) r. eutéctica(r. invariante)

L S1 + S2

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NOMENCLATURA

Latão: Zn em Cu (Cu Zn), cfcBronze: Sn em Cu (Cu Sn), cfcPrata de lei (sterling silver) : 92,5Ag 7,5Cu

Ferrite: solução ccc em Fe (α)Austenite: solução cfc em Fe (γ)

Fases: α, β, γ, δ…

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COMPOSIÇÃO DAS FASES EM EQUILIBRIO

Linha liquidusLinha solidusLinha solvusLinha conjugada(isotérmica)Ponto eutéctico

Solda: 60-40

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Curva de arrefecimento

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Pb–Sn: Microestruturas

63% Sn 37% Pb

40% Sn 60% Pb

70% Sn 30% Pb

90% Sn 10% Pb

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NÃO-EQUILÍBRIO

ZonamentoTratamento de homogeneização

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SISTEMAS BINÁRIOS PERITÉCTICOS

Reacção peritéctica:

L + α βarrefecimento

Em metais com pontos de fusão dos componentes bastante diferentes

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SISTEMAS BINÁRIOS PERITÉCTICOS

Líquido (5,4% Ni) + δ (4% Ni) γ (4,3% Ni)1517 ºC

arref.

CFC

CCC

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SISTEMAS BINÁRIOS PERITÉCTICOS

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SISTEMAS BINÁRIOS PERITÉCTICOS

encapsulamento

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α

Ag-40%Pt

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SISTEMAS BINÁRIOS MONOTÉCTICOS

L1 α + L2

Cu-36%Pb

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SISTEMA Fe-C

R. eutectóide

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REACÇÕES INVARIANTES

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FASES E COMPOSTOS INTERMÉDIOS

Pontos peritécticosPonto eutectóide

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FASES E COMPOSTOS INTERMÉDIOS

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DIAGRAMAS TERNÁRIOS

isotérmicos

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DIAGRAMAS TERNÁRIOS