diagrama de fases - arquivo
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8/20/2019 Diagrama de Fases - Arquivo
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Diagrama de fases
São diagramas que mostramregiões de estabilidade das
fases, através de gráficosque representam as
relações entre temperatura,pressão e composição
química.
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Para que serve:
Investigar reações Químicas
!ntender a microestrutura dosmateriais "rever as suas propriedades
!tc.
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Sistema
Série de possíveis ligas com mesmoscomponentes, mas composições e
microestruturas distintas
!#$ Sistema %obre&'#ig(nio) variação da composição deo#ig(nio leva a diferentes estruturasmicrosc*picas, bem como a formaçãode diferentes fases
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Solução sólida
Fase +omog(nea que contem oumais componentes -solutosdissolvidos em um solvente.
!#$ /atão/iga com até 012 de 3inco em %obre
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Fase
4ma porção de um sistema
que possui propriedadese composição
+omog(neas e que é
fisicamente distinta dasoutras partes do sistema.
%r5 02 6b 7 8egião de contorno de grão
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Equilíbrio termodinâmico
4m sistema está em equilíbrio se
a sua energia livre -9 seencontra em um valor mínimopara alguma combinação
específica de temperatura,pressão e composição
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Energia Livre de ibbs
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Energia Livre de ibbs
) !nergia /ivre de 9ibbs é umamedida de estabilidade de um
sistema de fases.
Quando a variação dessa energia
é nula, di:&se que o sistemaestá em equilíbrio ou estáestável.
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Energia Livre de ibbs ! "
;9 < ;= 7 >;S'nde$ = < entalpia do sistema
> < temperatura S < entropia do sistema.
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Ental#ia !$"
!ntalpia é o conte?do de calor de um sistema,@ pressão constante de f*rmula$
= < ! 5 "A
'nde$!
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Entro#ia !S"
B a medida de desordem de umsistema. Quanto maior adesorgani:ação do sistema,maior a entropia.
T
dQ
dS =
Onde:
Q=Quantidade de calor;
T= temperatura.
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Fonte: Porter e
Easterling
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Fonte: Porter andEasterling
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Fonte: Porter and
Easterling
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Fonte: Porter e Easterling
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Limite de solubilidade
) uma dada temperatura
e#iste uma concentraçãomá#ima de soluto que pode
se dissolver no solvente.
!sse limite c+ama&se limitede solubilidade
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%gua e aç&car
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Solubilidade 'otal
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Efeito da Pressão
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(icroestrutura
) microestrutura pode serobservada por microsc*pio
*tico ou eletrCnico. "odem seridentificadas as fases e a
quantidade delas no material.%ada fase possui propriedades
diferentes.
6imonic -6i5%o 7 D11E
)l5D2 %u
>i F)l&DA 7 D11E
%u5Sn 7 !strutura Gentrítica)ço %omum Hai#o %arbono %u53n & /atão
Superliga de 6iquel
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(icroestrutura de um aço
' )ço possui diversas microestruturasdevido ao seu diagrama de fases e aosdiferentes metodos de processamento
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Perlita ( + Fe3C)
+
Fase próeutetóide(Ferrita ou cementita)
Bainita( + Fe3C)
Martensita(fase tetragonal)
Martensita Revenida( + Fe3C)
Austenita
Resfriamentolento
Resfriamentomoderado
Resfriamentorápido (têmpera)
Reaue!imento
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)dentificação das Fases
!#istem fronteiras onde +á umamudança abrupta de
propriedades. !sses conuntosde propriedades pertencem as
fases presentes
Jicrografia de %omp*sito de Jatri: metálica-)lumínio com partículas cerKmicas
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'i#os de diagramas
Hinários
>ernários
Quaternários
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*in+rio
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'ern+rio
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)nter#retação do diagrama
Quais fases estão presentesL
Qual é a composição das fasesL
Qual é a fração relativa das fasesL
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,egra da alavanca
) regra da alavanca é um métodode determinação da quantidadede cada fase presente no
material
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,egra da -lavanca
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( )
( )
( ) L L
C C
C C
S R
S W
−
−=
+=
α
α 0
( ) ( )( ) L L
C C
C C
S R
RW
−
−
=
+
=
α
α 0
Fração em peso de Líquido (WL)
Fração em peso de sólido (Wα)
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,eaç.es de Fases
8eação !utética
8eação !utet*ide
8eacão "eritética
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)()()( E E E
C C C L β α β α +⇔8esfriamento
aquecimento
%omposição -Mt2 )g
> e m
p e r a t u r a - N % .
%omposição -at2 )g
β α +
L+α L+β
β
α
8eação!utética
->!>emperatura
!utética
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8eação !utética
/íquido → S*lido O 5 S*lido P
Jicroestrutura !utética da/iga 6b -R.2 7 Si
-R.2$ 6i*bio é a faseclara, dispersa na matri: de
6b0Si
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8eação !utet*ide
!#emplos de microestrutura !uter*ide em )ços
%rescimento de microestrutura !utet*ide em aço$+ttp$MMM&g.eng.cam.ac.uTmmgteac+ingtUpdaddendaeutectoidmicrostructureR.+tml
S*lido S*lido→ V 5 S*lido W
, ã P it/ti
http://www-g.eng.cam.ac.uk/mmg/teaching/typd/addenda/eutectoidmicrostructure1.htmlhttp://www-g.eng.cam.ac.uk/mmg/teaching/typd/addenda/eutectoidmicrostructure1.html
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,eação Perit/tica
Líquido 0 sólido - 1 sólido *
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Diagrama de FasesParte ))
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No Equilíbrio
X8eações ocorremcom composiçõesdo líquido e dos*lido+omog(neas
X=á tempo osuficiente para adifusão em ambas
as fases
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Fora do equilíbrio
X' primeirometal formado émais rico emsoluto
X6ão +á tempo
para que adifusão leve acomposiçãoquímica das fases@ posição deequilíbrio
X) variação daconcentração desoluto realdesloca a lin+aS*lidus.
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(icroestruturas ,esultantes
Giagrama de fases %+umbo & !stan+o
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Segundo a regra da alavanca, +averão proporções específicasde fase α e β na composição acima, mas a morfologia
depende do +ist*rico de resfriamento
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X%oncentração desoluto menor quea da lin+a Solvus.
XYormação de grãode α diretamente apartir do líquido.
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X%oncetração deSoluto acima dalin+a solvus, masabai#o da
concentraçãomínima para!utético -%!α
X6ucleação defase β no interirorde grão áformados de α
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)%8,97()%3,18()%9,61( SnSnSn L p p p β α +⇔
X%oncentraçãode Soluto igual a%omposição
!utética da /igaXYormação demicroestruturaeutética a partirdo líquido
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X%oncentração de Soluto entre a %omposição !utética -%! e %!α;XYormação de grãos de α a partir do líquido, mas +avendo líquidoremanescente ao c+egar a >emperatura !utética
XYormação de microestrutura eutética a partir do líquido, entre osgrãos de α "ré&!utet*ides
X%om composição entre %! e %!β, a microestrutura é análoga.
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Diagramas com muitas transformaç.es
Giagrama %obre & 3inco
2 t ) t di+ i
http://billbullet.com/images/products/detail/300mm6.jpg
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2om#ostos )ntermedi+rios
Giagrama 'uro&!stan+o
Giagrama !stan+o&cobre
X)lgumas ligas possuem compostos Inter&Jetálicos$ %omposições específicas aonde osdois metais formam uma fase de estequiometriae cristalografia definida -substituição de átomosna rede em posições específicas. !#$ %u0Sn,
)uSn, Ye)l, Ye)lZ, etc...
GiagramaYerro&)lumínio
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Diagrama de Fases Parte )))
>ransformações congruentes
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8eações %ongruentes$ 'correm quando um líquido da origem a
um líquido de propriedades diferentes e mais uma fase s*lida
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Diagrama Fe3Fe42
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Ferrita (90x)
ustenita (!"#x)
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Perlita !α 0 Fe42"
Jicroestrutura resultantedo resfriamento rápido deuma liga composta defase γ (austenita) comcomposi!o eutet"ide -[1,\F2 %
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ço eutetóide $ommi$roestrutura
perlíti$a
"iga eutetóide (# $%&'C)
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Ao ($%3* C) !ommi!roestrutura
!omposta de perlitae ferrita
proeutetóide
Liga $i#oeutetóide
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Liga $i#ereutetóide
Ao ( %, C) !ommi!rosestrutura
!onstituida de !ementitaproeutetóide (-ran!a)
ue envolve as !ol.nias
de perlita
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)nflu5ncia de outros elementos deliga
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Diagrama de fases dosmateriais cerâmicos
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Lei das Fases de ibbs
" 5 Y < % 5 6
'nde$"< n?mero de fases
Y< n?meros de graus de liberdade %< componentes do sistema
6< quantidade de variáveis não relacionadascom a composição -temperatura, pressão...
Press/o !onstante (
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Press/o !onstante (atm)
0 1 (temperatura 2 a
ni!a variável)
C1 4 ( Cu e Ag)
Fa56se ne!essário espe!i7!ar a
temperatura e a !omposi/opara determinar o nmero defases8
Por e9emplo:
Para a temperatura ; e!omposi