Ligas Metálicas:Ligas monofásicas: Podem ser chamadas ou denominadas “solução solida”, podendo ser:Substitucional (mesma estrutura cristalina raio atômico semelhante) ou Intersticial:

A diferença entre ligas monofásicas e multifásicas está no conhecimento no limite de solubilidade (quantidade máxima de soluto que pode ser adicionada).

A homologação e sempre aplicada em metais fundidas, desde que tenha segregação.Revisão:

Estrutura cristalina: arranjo regular e repetitivo do átomo, tal arranjo é formado durante a solidificação.Micro estrutura: Pode ser entendido como sendo um conjunto de células unitárias com uma orientação específica.A micro estrutura é definida como sendo um conjunto de grãos ou cristais. Seu conhecimento é importante visto que com a manipulação

da microestrutura podemos otimizar as propriedades dos materiais.Ligas Metálicas:

Uma liga metálica ou simplesmente liga é uma mistura de dois ou mais metais ou de um metal (metais) a um não-metal.As ligas podem ter estruturas relativamente simples como no caso do latão (Cu-Zn) ou ser mais complexos (com muitos elementos

combinados).O tipo mais simples de liga é denominado solução solida do tipo substitucional e, para que tal solução seja formado é necessário

satisfazer algumas condições, dentre elas os principais são: Cristalina e raio atômico semelhante (a diferença entre os raios atômicos deve ser de no Maximo 15%)

Tipos de ligas: existem duas classificações para as ligas metálicas. Esta classificação se baseia no conhecimento do limite de solubilidade (concentração máxima de soluto que pode ser adicionada ao solvente).

De acordo com estes critérios temos:

Ligas monofócais : quando a misturado soluto em solvente não ultrapassa o limite de solubilidade; Ligas multifocais : quando o limite de solubilidade é ultrapassado logo podemos considerar uma liga metálica monofásica como

solução sólida substitucional se as duas condições anteriormente citados forem satisfeitos

Tipos de solução solidas:Existem dois tipos de solução solida substitucional e intersticial.A diferença de ambos encontra-se no tipo de soluto adicionado ao solvente.Nas soluções solidas substitucionais formadas por dois elementos, os átomos de soluto substituem os átomos de solvente na rede

cristalinas.Nas soluções intersticiais, átomos de soluto ocupam os espaços entre os átomos de solvente.

Determinação entre os raios atômicos:Para que ocorra é necessário duas condições:

Mesma estrutura cristalina. Raios atômicos semelhantes, ou seja, o diferença de tamanho dos raios atomicos deve ser menor que 15%.

∆ γ=( γ f −γ o

γ o)×100 (calculo para diferença entre os raios atômicos em porcentagens)

Difusão (atômica)

Muitas reações e processos que são importantes no tratamento de materiais dependem da transferência de massa tanto no interior de um solido especifico (ordinariamente em nível atômico e/ou microscópico) quanto a partir de um liquido um gás ou outro fosse solido.

Isto ocorre necessariamente por difusão, que é o fenômeno de transporte de material pelo movimento de átomo.

O fenômeno de difusão pode ser demonstrado com o auxilio de um par de difusão, o qual é formado ao se juntar as barras de dois metais diferentes de forma que se tenha contato.

J= mA ×t

m=massa; t=tempo; A=área

Fluxo em estado estacionário.Fluxo difusivo independente de tempo:

J=−D×∆ C∆ X

D = Coeficiente de difusão; ∆ x= representa a mudança de posição; ∆ x= variação na concentração.

Mecanismo de difusão: Existem dois meios de difusão ocorrer os quais dependem respectivamente, do número de lacunas e dos intersticiais (esparespectivamente entre os átomos).Difusão por lacunas: de uma perspectiva atômica a difusão é simplesmente a migração de átomos de suas posições iniciais para outras.A presença de lacunas facilita o processo de movimentação atômica, mas para um átomo fazer este movimento, duas condições devem ser atendidas.

Deve existir espaço vazio na rede;

O átomo deve possuir energia suficiente para quebrar as ligações com átomos vizinhos.

M=A∫t o

t f

J dt N l=N × e−Q× v/K × T PV=nRT

O coeficiente de difusão: a magnitude de difusão D é um indicativo da taxa na qual os átomos se difundem.Os coeficientes tanto para autodifusão quanto para interdifusão para alguns materiais estão listados na tabela.A temperatura tem influencia significativa sobre os coeficientes e as taxas de difusão.

A dependência do coeficiente de difusão com a temperatura é expresso por: D=DO× e−Q×V /R× T

Do= Constante independente da temperatura (m²/s)QV= energia de ativação para a difusão (J/mol) ou (Em/átomo)

R= Constante dos gases. (8,31 J/mol)T = temperatura dado em k.

Energia de ativaçãoEspécie em difusão Metal hospedeiro Do (M²/s) KJ/mol eV/átomo T (ºC) D (M²/s)C Fe – d 6,2 x10−7 80 0,83 500 2,4 x 10−12

Cu Cu 7,8 x10−5 211 2,19 500 4,2 x10−19

Mg Al 1,2 x−10−4 131 1,35 500 1,9 x10−13

Cementação:Os processos de endurecimento superficial visam o aumento de dureza e resistência de uma região especifica de uma peça ou componente. Normalmente tal região sofrerá algum tipo de solidificação localizada.A solidificação mais comum é o desgaste abrasivo e, assim, toma-se importante um endurecimento localizado, conservando as características originais do núcleo.Existem alguns processos de endurecimento superficial tais como:

Cementação; Têmpera superficial.

A cementação é um tratamento termo químico que promove um endurecimento superficial.Seu objetivo é o aumento de dureza e resistência ao desgaste de uma camada superficial, mantendo-se a microestrutura do núcleo.O tratamento termoquímico de cementação constante da difusão de carbono para a superfície do componete aquecido a temperatura suficiente s para produzir a microestrutura austenitica. A austenitica e posteriormente convertida em martensita por meio de temperatura.Meios de resfriamento para a tempera: relacionanda a dureza final da peça e a velocidade de resfriamento

Severidade da tempera (água, banho de sais e óleo)Logo para ter um endurecimento superficial realizada por cementação a peça deve ser temperada.

Tipos de cementação: gasosa, liquida e solida ou cementada em caixa.

P=√DtQuanto mais tempo a peça permanecer no processo maior será a espessura (profundidade) da camada cementada.A cementação é classificada de acordo com o meio empregado para a difusão de barbono.

Cementação gasosa é mais importante processo industrial. Processo industrial: a atividade de carbono é controlada ded modo a produzir camadas superficiais com teores de carbono entre 0,8%

a 1% de carbono.

Cementação solida: os componentes ou peças são colocadas no interior de uma caixa metálica com tampa juntamente com carvão

vegetal e um ativador (para agilizar a reação química)

Exercícios:

1) o fluxo difusivo varia com o tempo de acordo com J=2T 3+3T 2−2. Sabendo que esta relação é valida entre 2s a 4s, calcule a massa da

superfície. Dado que A= 4 000 mm². Resolução:

M=A∫T1

T2

J Dt→ M=4 x10−3 x 10−6∫2

4

2T 3+3T2−2 dt → M =4 x 10−3[T 4

2+3 t 2

2− 2 t

❑|2

4]→ M=4 x10−3 {[T 4

2+43−2 x 4 ]− [24+23−2 x ]}→ M =4 x 10−3[ (128+64−8 )−( 16

2+8−4)→ M=4 x10−3 (184−12 )→ M=4 x10−3 (172 ) → M =6,88 x10−1 kg ⟧

Uma placa de ferro esta exposta a 700ºc a uma atmosfera carbonetante em um de seus lados e a uma esferra descabornetante no outro lado. Se uma condição de regime estacionário é atingida, calcule o fluxo de difusão de carbono nas posições 5 e a 10 mm abaixo da superfície carbonetante são de 1,2 e 0,8 kg/m²

respectivamente. Considere um coeficiente de difusão de 3 x10−11 m²/s nessa temperatura.

J=−D∆ C∆ X

→ J=−3 x10−11 0,4

5 x10−3→ J=3,1 x 10−11 x 80→ J=2,48 x 10−9 kg /m ² s

3) uma chapa de 2,5 mm de espessura está sob temperatura de 900ºc. Deixou-se atingir a condição estacionário. O coeficiente de difusão do

nitrogênio á esta temperatura é 1,2 x10−10 m²/s e o fluxo foi determinado como 1,0 x10−7 kg/m ² s. Determine a variação de

concentração.

J=−D∆ C∆ X

→1,0 x 10−7=1,2 x10−10 ∆ C

2,5 x10−3→ ∆Cx 1,2 x10−10=1,0 x10−7 x 2,5 x 10−3 → ∆ Cx 1,2 x 10−10=2,5 x 10−10→ ∆ C=2,0833 kg /m ³

T=700ºc

∆ x=¿10 - 5 (mm)

∆ c=1,2 - 0,8 (kg/m²)

D= 3 x10−11 m²/s

D=1,2 x10−10 m ²/2

∆ c=?J=

1,0 x10−7 kg/m ² s

4) calcule o coeficiente de difusão para o magnésio no alumínio 550ºc.

D=D 0 ϵ−Q.V /R. T → D=1,2 x 10−4 x ϵ−131 x10³ /823.831 → D=5,76 x10−13m ²/ s

5)Calcule o coeficiente de auto difusão do cobre a 700ºc.

D=D 0 ϵ−Q.V /R. T → D=7,8 x 10−5 xϵ−211x 103 /973 x8,31 → D=3,62 x 10−16 m ² /s

6) na superfície de uma barra de aço há um fluxo de 1,5 x10−19. Sabendo que as concentrações de carbono são de 0,68 x1027 átomos/m²

em 1mm abaixo da superfície e 1,03 x1027 átomos/m³ acima da superfície. Calcule o coeficiente de difusão.

J=−D∆ C∆ X

→1,05 x 1019=−D(0,68−1,03 ) x1027

(1−0 ) x 10−3 → 1,05 x1019 x1 x10−3=−D (−0,3 x1027 ) →1,05 x 1016=0,35 x1027 D →

D=1,05 X 10−16

0,35 X 1027 → D=3 x 10−11 m ²/s

7) níquel radioativo foi difundido através da superfície de ferro a 1200ºC. Sabendo que o coeficiente de difusão nesta temperatura é

1,7 x10−15m / s calcule a energia de atração: dado o coeficiente pré-exponencial 0,77 x 10−4 m/s.

ln D=ln DO−Q .VRT

→ ln1,7 x 10−15= ln0,77 x 10−4 xQV

8,31 x1473→−34=−9,47 x

−qv

12,24 x103→−34+9,47= −qv

12,24 x103→ qv=300 x10³ J /mol

8) Níquel radioativo foi difundido atravez do ferro por 20 minutos a 1200ºC. calcule a profundidade da camada cementada. Dados,

DO=0,77 x104 m²/s e R= 8,31J/mol.k.

P=√Dt → P=√1,7 x10−15 x (20 x60)→ P=1,43 x 10−6 m

9)Carbono é difundido para o interior de uma placa de aço por meio de cementação gasosa a 950°c sabendo que o coeficiente pré esponencial é

2,3 x10−5 m²/s e que a energia de atuação é 148kj/mol. Determine:

a)o coeficiente de difusão:

D=D 0 ϵ−Q.V /R. T → D=2,3 x 10−5 ϵ−148 x 103/8,31x(950+273)→ D=1,9 x 10−11 m ²/ s

b) a espessura da camada cementada em 2 h.

P=√DxT → P=√¿¿