aula 1 - diagramas de equilibrio

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DIAGRAMAS DE DIAGRAMAS DE EQUIL EQUIL Í Í BRIO DE FASES BRIO DE FASES METAIS E LIGAS MET METAIS E LIGAS MET Á Á LICAS LICAS

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Page 1: Aula 1 - Diagramas de Equilibrio

DIAGRAMAS DE DIAGRAMAS DE EQUILEQUILÍÍBRIO DE FASESBRIO DE FASES

METAIS E LIGAS METMETAIS E LIGAS METÁÁLICASLICAS

Page 2: Aula 1 - Diagramas de Equilibrio

� QuandoQuandoQuandoQuando doisdoisdoisdois ouououou maismaismaismais elementoselementoselementoselementos sãosãosãosão combinadoscombinadoscombinadoscombinadosquequequeque estadoestadoestadoestado de de de de equilequilequilequilííííbriobriobriobrio éééé alcanalcanalcanalcanççççadoadoadoado????

�� EmEmEmEmEmEmEmEm particular, se particular, se particular, se particular, se particular, se particular, se particular, se particular, se especificamosespecificamosespecificamosespecificamosespecificamosespecificamosespecificamosespecificamos........................-------- umaumaumaumaumaumaumauma ligaligaligaligaligaligaligaliga de de de de de de de de composicomposicomposicomposicomposicomposicomposicomposiççççççççãoãoãoãoãoãoãoão (ex., %Cu (ex., %Cu (ex., %Cu (ex., %Cu (ex., %Cu (ex., %Cu (ex., %Cu (ex., %Cu -------- %Ni), e %Ni), e %Ni), e %Ni), e %Ni), e %Ni), e %Ni), e %Ni), e -------- umaumaumaumaumaumaumauma temperaturatemperaturatemperaturatemperaturatemperaturatemperaturatemperaturatemperatura (T)(T)(T)(T)(T)(T)(T)(T)

entãoentãoentãoentãoentãoentãoentãoentão........................�� QuantasQuantasQuantasQuantasQuantasQuantasQuantasQuantas fasesfasesfasesfasesfasesfasesfasesfases sãosãosãosãosãosãosãosão obtidasobtidasobtidasobtidasobtidasobtidasobtidasobtidas????????�� QualQualQualQualQualQualQualQual a a a a a a a a composicomposicomposicomposicomposicomposicomposicomposiççççççççãoãoãoãoãoãoãoão ququququququququíííííííímicamicamicamicamicamicamicamica de de de de de de de de cadacadacadacadacadacadacadacada fasefasefasefasefasefasefasefase????????�� QualQualQualQualQualQualQualQual a a a a a a a a quantidadequantidadequantidadequantidadequantidadequantidadequantidadequantidade relativarelativarelativarelativarelativarelativarelativarelativa de de de de de de de de cadacadacadacadacadacadacadacada fasefasefasefasefasefasefasefase????????

DIAGRAMAS DE FASESDIAGRAMAS DE FASES

Fase BFase A

átomo Niquelátomo Cobre

Page 3: Aula 1 - Diagramas de Equilibrio

� Limite de Solubilidade:Máxima concentração de átomos de soluto que um solvente podedissolver a uma dada temperatura.

� Ex: Diagrama de Fase :Sistema Água-Açúcar

Qual é o limite de solubilidade a 20C?

R: 65%p açúcar

� Se Co < 65%p açúcar: xarope

� Se Co > 65%p açúcar: xarope+açúcar

� O limite de solubilidade aumenta com a T:ex: se T = 100C, limite de solubilidade = 80%p açúcar.

LIMITE DE SOLUBILIDADELIMITE DE SOLUBILIDADE

ÁçúcarPuro

Temperature(°C)

0 20 40 60 80 100Co= Composição (%p açúcar)

Lsolusolusolusolusolusolusolusoluçççççççção lão lão lão lão lão lão lão lííííííííquida (xarope)quida (xarope)quida (xarope)quida (xarope)quida (xarope)quida (xarope)quida (xarope)quida (xarope)

Limite de Solubilidade

L (l(l(l(l(l(l(l(lííííííííquido) quido) quido) quido) quido) quido) quido) quido)

+ S

(a(a(a(a(a(a(a(açúçúçúçúçúçúçúçúcar scar scar scar scar scar scar scar sóóóóóóóólido)lido)lido)lido)lido)lido)lido)lido)

6565656565656565

2020202020202020

40

60

80

100

Água Pura

�� Quando o limite de solubilidade Quando o limite de solubilidade éé ultrapassado formaultrapassado forma--se uma se uma segunda fase com composisegunda fase com composiçção distintaão distinta

Page 4: Aula 1 - Diagramas de Equilibrio

� Componentes:Os elementos ou compostos que são misturados

inicialmente na fabricação da liga (ex., Al e Cu)� Fases:É uma fração do material com características fisicas e

químicas definidas (ex., α e β).

FASES E COMPONENTESFASES E COMPONENTES

(fase escura)

LigaAluminio-Cobre

α α α α α α α α

ββββββββ (fase clara)

Page 5: Aula 1 - Diagramas de Equilibrio

FASESFASES

“Todo metal puro e uma considerado uma fase.”

� Uma fase é identificada pela composição química e

estrutura.

� A interação de 2 ou mais fases em um material

permite a obtenção de propriedades diferentes.

� É possível alterar as propriedades do material

alterando a forma (morfologia) e distribuição das

fases.

Page 6: Aula 1 - Diagramas de Equilibrio

DIAGRAMA DE EQUILDIAGRAMA DE EQUILÍÍBRIO DE FASESBRIO DE FASES

�� ÉÉ UM MAPA PARA A DETERMINAUM MAPA PARA A DETERMINAÇÇÃO DAS FASES ÃO DAS FASES PRESENTES, PARA QUALQUER TEMPERATURA E PRESENTES, PARA QUALQUER TEMPERATURA E COMPOSICOMPOSIÇÇÃO QUÃO QUÍÍMICA, DESDE QUE A LIGA ESTEJA MICA, DESDE QUE A LIGA ESTEJA EM EQUILEM EQUILÍÍBRIO.BRIO.

�� O equilO equilííbrio de fases brio de fases éé o reflexo da o reflexo da constância das caracterconstância das caracteríísticas (composisticas (composiçção ão e estrutura) das fases com o tempo.e estrutura) das fases com o tempo.

Page 7: Aula 1 - Diagramas de Equilibrio

FASES DE EQUILFASES DE EQUILÍÍBRIO E FASES BRIO E FASES METAESTMETAESTÁÁVEISVEIS

�� Fases de equilFases de equilííbrio:brio: suas propriedades ou características não mudam com o tempo.

Geralmente são representadas nos diagramas por letras gregas

�� Fases metaestFases metaestááveis:veis: suas propriedades ou características mudam lentamente com o tempo, ou seja, o estado de equilíbrio não é nunca

alcançado. No entanto, não há mudanças muito perceptíveis com o tempo na microestrutura das

fases metaestáveis.

Page 8: Aula 1 - Diagramas de Equilibrio

DIAGRAMA DE EQUILDIAGRAMA DE EQUILÍÍBRIO ISOMORFOBRIO ISOMORFOSISTEMA SISTEMA CuCu--NiNi

LINHA LIQUIDUS

LINHA SOLIDUS

LIQUIDO

αααα (sólido)

1453OC

1085OC

Composição (%at Ni)

1600

1500

1400

1300

1200

1100

1000

Composição (%peso Ni)

2800

2600

2400

2200

2000

0 20 40 60 80 100

0 20 40 60 80 100

Tem

per

atu

ra (

oF

)

Tem

per

atu

ra (

oC

)

αααα+ L

Page 9: Aula 1 - Diagramas de Equilibrio

DIAGRAMA DE EQUILDIAGRAMA DE EQUILÍÍBRIO BRIO CuCu--NiNi

20 30 40 501100

1200

1300

L (35Ni)L (35Ni)

46462424 43433232

Linha liquidus

Linha solidus

αααααααα (35 (35 NiNi))

% em peso % em peso NiNi

Tem

per

atu

ra,

Tem

per

atu

ra, oo

CC

L αααα + L

αααα

3535

αααααααα (46 (46 NiNi))αααααααα (43 (43 NiNi))L (32 L (32 NiNi))

Page 10: Aula 1 - Diagramas de Equilibrio

DIAGRAMA DE NÃO EQUILDIAGRAMA DE NÃO EQUILÍÍBRIO BRIO CuCu--NiNi

2020 3030 4040 5050 606011001100

12001200

13001300

αααααααα+ L+ L

LL

αααααααα (s(sóólido)lido)

L(21 L(21 NiNi))

αααααααα(46 (46 NiNi))

αααααααα(31 (31 NiNi))

L(24 L(24 NiNi))

αααααααα’’(38 (38 NiNi))

αααααααα(40 (40 NiNi))

αααααααα(35 (35 NiNi))

L(29 L(29 NiNi))

αααααααα’’(42 (42 NiNi))

αααααααα(46 (46 NiNi))

αααααααα(40 (40 NiNi))

αααααααα(35 (35 NiNi))

Tem

per

atu

ra,

Tem

per

atu

ra, oo

CC

ComposiComposiçção, %pesoão, %peso

αααααααα’’(35 (35 NiNi))

αααααααα(31 (31 NiNi))

Page 11: Aula 1 - Diagramas de Equilibrio

� CCCCαααα variavariavariavaria com a com a com a com a solidificasolidificasolidificasolidificaççççãoãoãoão....

� ExemploExemploExemploExemplo CuCuCuCu----Ni:Ni:Ni:Ni:

� ResfriamentoResfriamentoResfriamentoResfriamento rrrráááápidopidopidopido: : : : estruturaestruturaestruturaestrutura zonadazonadazonadazonada

PrimeiroPrimeiroPrimeiroPrimeiroPrimeiroPrimeiroPrimeiroPrimeiro αααααααα solidificadosolidificadosolidificadosolidificadosolidificadosolidificadosolidificadosolidificado CCCCCCCCαααααααα = 46%Ni.= 46%Ni.= 46%Ni.= 46%Ni.= 46%Ni.= 46%Ni.= 46%Ni.= 46%Ni.

ÚÚÚÚÚÚÚÚltimoltimoltimoltimoltimoltimoltimoltimo αααααααα solidificadosolidificadosolidificadosolidificadosolidificadosolidificadosolidificadosolidificado CCCCCCCCαααααααα = 35%Ni.= 35%Ni.= 35%Ni.= 35%Ni.= 35%Ni.= 35%Ni.= 35%Ni.= 35%Ni.

ESTRUTURAS ZONADAS ESTRUTURAS ZONADAS

� ResfriamentoResfriamentoResfriamentoResfriamento lento: lento: lento: lento: estruturaestruturaestruturaestrutura de de de de equilequilequilequilííííbriobriobriobrio

46%46%46%46%46%46%46%46%NiNiNiNiNiNiNiNiCCCCCCCCαααααααα uniforme = uniforme = uniforme = uniforme = uniforme = uniforme = uniforme = uniforme = 35%35%NiNi

< 35wt%< 35wt%< 35wt%< 35wt%< 35wt%< 35wt%< 35wt%< 35wt%NiNiNiNiNiNiNiNi

{

Page 12: Aula 1 - Diagramas de Equilibrio

PROPRIEDADES MECÂNICASPROPRIEDADES MECÂNICAS

00 2020 4040 6060 8080 100100

400400

3003004040

6060

2020

5050

(Cu)(Cu) ((NiNi))ComposiComposiçção (%p ão (%p NiNi))

Res

istê

nci

a m

ecân

ica

(R

esis

tên

cia

mec

ânic

a ( M

Pa

MP

a ))

Res

istê

nci

a m

ecân

ica

(R

esis

tên

cia

mec

ânic

a ( k

siksi ))

200200

ComposiComposiçção (%p ão (%p NiNi))00 2020 4040 6060 8080 100100

5050

3030

(Cu)(Cu) ((NiNi))

Alo

ng

amen

to (

% e

m 5

0 m

m)

Alo

ng

amen

to (

% e

m 5

0 m

m)

2020

6060

4040

Page 13: Aula 1 - Diagramas de Equilibrio

DIAGRAMA DE EQUILDIAGRAMA DE EQUILÍÍBRIO EUTBRIO EUTÉÉTICO TICO SISTEMA PbSISTEMA Pb--SnSn

300300

200200

100100

002020 4040 6060 8080 100100

100100

00

2020 4040 6060 8080

100100

00

200200

300300

400400

500500

600600

αααααααα + + ββββββββ

αααααααα + L+ L

ββββββββ + L+ Lαααααααα

LL

61,961,918,318,3

183183ooCC

327327ooCC

232232ooCC

ComposiComposiçção (%ão (%atat Sn)Sn)

ComposiComposiçção (%p Sn)ão (%p Sn)

Tem

per

atu

ra (

Tem

per

atu

ra (

ooCC

))

Tem

per

atu

ra (

Tem

per

atu

ra (

ooFF

))

((PbPb)) (Sn)(Sn)

97,897,8

ββββββββ

Page 14: Aula 1 - Diagramas de Equilibrio

DIAGRAMA DE EQUILDIAGRAMA DE EQUILÍÍBRIO EUTBRIO EUTÉÉTICO PbTICO Pb--SnSnLIGA HIPOEUTLIGA HIPOEUTÉÉTICA MONOFTICA MONOFÁÁSICASICA

100100

200200

300300

400400

00 1010 2020 3030

ComposiComposiçção (%p Sn)ão (%p Sn)

Tem

per

atu

ra (

Tem

per

atu

ra (

ooCC

))

αααααααα + + ββββββββ

αααααααα + L+ L

LL

αααααααα

CC11

αααααααα

Solidus

Liquidus

Sol

vus

Page 15: Aula 1 - Diagramas de Equilibrio

DIAGRAMA DE EQUILDIAGRAMA DE EQUILÍÍBRIO EUTBRIO EUTÉÉTICO PbTICO Pb--SnSnLIGA HIPOEUTLIGA HIPOEUTÉÉTICA BIFTICA BIFÁÁSICA SEM EUTSICA SEM EUTÉÉTICOTICO

100100

200200

300300

400400

00 1010 2020 3030

ComposiComposiçção (%p Sn)ão (%p Sn)

Tem

per

atu

ra (

Tem

per

atu

ra (

ooCC

))

αααααααα + + ββββββββ

αααααααα + L+ L

LL

αααααααα

Solidus

Liquidus

Sol

vus

CC22

ββββββββ αααααααα

Page 16: Aula 1 - Diagramas de Equilibrio

DIAGRAMA DE EQUILDIAGRAMA DE EQUILÍÍBRIO EUTBRIO EUTÉÉTICO PbTICO Pb--Sn Sn LIGA EUTLIGA EUTÉÉTICATICA

300300

200200

100100

002020 4040 6060 8080 100100

100100

00

2020 4040 6060 8080

100100

00

200200

300300

400400

500500

600600

αααααααα + + ββββββββ

αααααααα + L+ L

ββββββββ + L+ Lαααααααα

LL

61,961,918,318,3

183183ooCC

327327ooCC

232232ooCC

ComposiComposiçção (%ão (%atat Sn)Sn)

ComposiComposiçção (%p Sn)ão (%p Sn)

Tem

per

atu

ra (

Tem

per

atu

ra (

ooCC

))

Tem

per

atu

ra (

Tem

per

atu

ra (

ooFF

))

((PbPb)) (Sn)(Sn)CC33

αααααααα (18,3%Sn)(18,3%Sn)

ββββββββ (97,8%Sn)(97,8%Sn)

97,897,8

ββββββββ

Page 17: Aula 1 - Diagramas de Equilibrio

TRANSFORMATRANSFORMAÇÇÃO EUTÃO EUTÉÉTICATICA

Líquido

Direção de crescimento do eutético

PbPb

PbPb

PbPb

SnSn

SnSn

αααααααα

ββββββββ

ββββββββ

ββββββββ

αααααααα

Page 18: Aula 1 - Diagramas de Equilibrio

DIAGRAMA DE EQUILDIAGRAMA DE EQUILÍÍBRIO EUTBRIO EUTÉÉTICO PbTICO Pb--Sn Sn LIGA HIPOEUTLIGA HIPOEUTÉÉTICA COM EUTTICA COM EUTÉÉTICOTICO

αααααααα

300300

200200

100100

002020 4040 6060 8080 100100

100100

00

2020 4040 6060 8080

100100

00

200200

300300

400400

500500

600600

αααααααα + + ββββββββ

αααααααα + L+ L

ββββββββ + L+ Lαααααααα

LL

61,961,918,318,3

183183ooCC

327327ooCC

232232ooCC

ComposiComposiçção (%ão (%atat Sn)Sn)

ComposiComposiçção (%p Sn)ão (%p Sn)

Tem

per

atu

ra (

Tem

per

atu

ra (

ooCC

))

Tem

per

atu

ra (

Tem

per

atu

ra (

ooFF

))

((PbPb)) (Sn)(Sn)CC44

97,897,8

ββββββββ

Page 19: Aula 1 - Diagramas de Equilibrio

� Constituinte EUTÉTICO:

%E =

� Quantidades relativas de αααα e ββββ que formam o eutético:

%ββββeutético =

%ααααeutético =

� Constituinte proeutético:

%αααα =

QUANTIDADES RELATIVAS DE CONSTITUINTESQUANTIDADES RELATIVAS DE CONSTITUINTESLIGA 40 %SnLIGA 40 %Sn

40

40 – 18,3

61,9 – 18,3

PP + Q

= = 0,50

0,5561,9 – 18,3

97,8 – 18,3=

61,9 – 40

61,9 – 18,3

QP + Q

= = 0,50

0,4597,8 - 61,9

97,8 – 18,3=

Page 20: Aula 1 - Diagramas de Equilibrio

QUANTIDADES RELATIVAS DE FASESQUANTIDADES RELATIVAS DE FASESLIGA 40 %SnLIGA 40 %Sn

� FASE ALFA:

% αααα =

� FASE BETA:

% ββββ =

40

0,7397,8 – 40

97,8 – 18,3

R + Q

P + Q + R= =

0,2740 – 18,3

97,8 – 18,3

PP + Q + R= =

Page 21: Aula 1 - Diagramas de Equilibrio

MICROESTRUTURAS DAS LIGAS PbMICROESTRUTURAS DAS LIGAS Pb--SnSn

T(°C)

Sistema (Pb-Sn)L + α

Co, % Sn20 400

L

α

60

α + β

TE β

080 100

L + β

18.3

61.9

97.8

Cohipoeutética

Cohipereutética

eutético

hipereutético: (ilustração)

160 µm

eutético: C o=61.9%Sn

175 µm

β

ββ

β

β

β

α

α

α

αα

α

hipoeutético: C o=40%Sn

Microconstituinte eutético

300

100

Page 22: Aula 1 - Diagramas de Equilibrio

DIAGRAMA DE EQUILDIAGRAMA DE EQUILÍÍBRIO EUTBRIO EUTÉÉTICO TICO SISTEMA SISTEMA CuCu--AgAg

12001200

10001000

800800

2002002020 4040 6060 8080 100100

100100

00

2020 4040 6060 8080

400400

00

800800

12001200

20002000

16001600

400400

αααααααα + + ββββββββ

αααααααα + L+ Lββββββββ + L+ Lαααααααα

LL

71,971,98,08,0

779779ooCC

232232ooCC

ComposiComposiçção (%ão (%atat AgAg))

ComposiComposiçção (%p ão (%p AgAg))

Tem

per

atu

ra (

Tem

per

atu

ra (

ooCC

))

Tem

per

atu

ra (

Tem

per

atu

ra (

ooFF

))

(Cu)(Cu) ((AgAg))

91,291,2

600600

ββββββββ

Page 23: Aula 1 - Diagramas de Equilibrio

LL

L + L + αααααααα L + L + ββββββββ

ααααααααββββββββ

αααααααα + + ββββββββ

LL

L+L+αααααααα L+L+ββββββββ

ββββββββ

LL

LL

LL

αααααααα

I

I

IIIIIVV VI

VII

QUADRO QUADRO RESUMORESUMO DE MICROESTRUTURASDE MICROESTRUTURAS