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MCM – Tratamentos térmicos dos aços. DIAGRAMAS DE FASES. Componente : metais puros ou compostos que compõem uma liga. Definições e conceitos básicos. Sistema : série de possíveis ligas com os mesmos componentes. - PowerPoint PPT Presentation
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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
Fonte: CALLISTER, W. D, Fundamentals of Materials Science and Engineering
Microestrutura de um aço contendo 1,40%p Campliação 1000X
Microestrutura
Fonte: CALLISTER, W. D, Fundamentals of Materials Science and Engineering
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
Fonte: CALLISTER, W. D, Fundamentals of Materials Science and Engineering
Determinação das composições das fases presentes
Desenvolvimento de microestruturas em ligas isomorfas
Exemplo: sistema Cu - Ni
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.
Detalhe do diagrama de fase Cu – Ni
Desenvolvimento de microestruturas em equilíbrio
Fonte: CALLISTER, W. D, Fundamentals of Materials Science and Engineering
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.
Exemplo: sistema Cu - Ni
Composição: 35%p Ni – 65%p Cu
Temperatura inicial: 1300o C
Condição: velocidade de resfriamento não permite manter um equilíbrio contínuo entre as fases.
Resfriamento de ligas isomorfas fora das condições de equilíbrio
Detalhe do diagrama de fase Cu – Ni
Fonte: CALLISTER, W. D, Fundamentals of Materials Science and Engineering
Desenvolvimento de microestruturas metaestáveis
Resfriamento de ligas isomorfas fora das condições de equilíbrio
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.
Sistemas eutéticos binários
Diagrama de fases do sistema Cu-AgFonte: CALLISTER, W. D, Fundamentals of Materials Science and Engineering
Sistemas eutéticos binários
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
Temperatura inicial: 350o C
Condição: resfriamento muito lento, de forma a manter um equilíbrio contínuo entre as fases.
Detalhe do diagrama de fase Pb – Sn
Desenvolvimento de microestruturas em ligas binárias eutéticas
Fonte: CALLISTER, W. D, Fundamentals of Materials Science and Engineering
Desenvolvimento de microestruturas em ligas binárias eutéticas
Exemplo: sistema Pb - Sn
Composição: 85%p Pb – 15%p Sn
Temperatura inicial: 350o C
Condição: resfriamento muito lento, de forma a manter um equilíbrio contínuo entre as fases.
Detalhe do diagrama de fase Pb – Sn
Desenvolvimento de microestruturas em ligas binárias eutéticas
Fonte: CALLISTER, W. D, Fundamentals of Materials Science and Engineering
Desenvolvimento de microestruturas em ligas binárias eutéticas
Exemplo: sistema Pb - Sn
Composição: 38,1%p Pb – 61,9%p Sn (eutético)
Temperatura inicial: 350o C
Condição: resfriamento muito lento, de forma a manter um equilíbrio contínuo entre as fases.
Diagrama de fase Pb – Sn
Desenvolvimento de microestruturas em ligas binárias eutéticas
Fonte: CALLISTER, W. D, Fundamentals of Materials Science and Engineering
Desenvolvimento de microestruturas em ligas binárias eutéticas
Fonte: CALLISTER, W. D, Fundamentals of Materials Science and Engineering
Desenvolvimento de microestruturas em ligas binárias eutéticas
Microestrutura de uma liga eutética Pb - Snampliação 375X
Fonte: CALLISTER, W. D, Fundamentals of Materials Science and Engineering
Fase α
Fase β
Desenvolvimento de microestruturas em ligas binárias eutéticas
Exemplo: sistema Pb - Sn
Composição: 60%p Pb – 40%p Sn (eutético)
Temperatura inicial: 300o C
Condição: resfriamento muito lento, de forma a manter um equilíbrio contínuo entre as fases.
Diagrama de fase Pb – Sn
Desenvolvimento de microestruturas em ligas binárias eutéticas
Fonte: CALLISTER, W. D, Fundamentals of Materials Science and Engineering
Desenvolvimento de microestruturas em ligas binárias eutéticas
Microestrutura de uma liga 60%pPb – 40%pSnampliação 400X
Fonte: CALLISTER, W. D, Fundamentals of Materials Science and Engineering
Fase αFase β
Fase αprimária