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Tecnologia dos Materiais - Diagrama de Fases

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puro, (ponto A, 1085°C).
(4) A solubilidade máxima do cobre na fase β
também ocorre a 779°C no ponto G (8,8%p Cu).
*Eutético; Facilmente Fundida (Grego).
(5) A curva do limite de solubilidade do sólido, que
separa as regiões das fases α + β e α, é
conhecida por curva solvus e a curva que separa
as regiões das fases α + L e α é a curva solidus.
(6) A curva do limite de solubilidade do sólido, que
separa as regiões das fases α + β e β, é
conhecida por curva solvus e a curva que separa
as regiões das fases β + L e β é a curva solidus.
(7) A linha horizontal BEG, paralela ao eixo das
composições e que se estende entre essas
posições de solubilidade máxima, representa a
temperatura mais baixa na qual uma fase líquida
pode existir para qualquer liga cobre-prata que se
encontre em equilíbrio.
(8) Existem também três regiões bifásicas que
podem ser encontradas em um sistema cobre-
prata: α + L , β + L , e α + β.
(9) As composições e as quantidades relativas
das fases podem ser determinadas usando-se
linhas de amarração e a regra da alavanca
respectivamente.
Curvas Limite de Solubilidade
Curva Solvus
Curva Solidus
Curva Liquidus
α + β  α & α + β  β
α + L  α & β + L  β
α + L  L & β + L  L
(10) À medida que a prata é adicionada ao
cobre, a temperatura na qual a liga se torna
totalmente líquida diminui ao longo da
curva liquidus, curva AE; dessa forma, a
temperatura de fusão do cobre é reduzida
por adições de prata. Esse comportamento
é diferente dos diagramas Isomorfos.
(11) À medida que o cobre é adicionado a
prata, a temperatura na qual a liga se torna
totalmente líquida diminui ao longo da
curva liquidus, curva FE; dessa forma, a
temperatura de fusão da prata é reduzida
por adições de cobre. Esse comportamento
é diferente dos diagramas Isomorfos.
(12) Essas curvas liquidus se encontram no
ponto E do diagrama de fases através do
qual também passa a linha isoterma
horizontal BEG. O ponto E é chamado de
ponto invariante e tem composição CE
(Composição Eutética) (71,9%p Ag) e pela
temperatura TE (Temperatura Eutética)
(779° C).
Ponto Invariante: é o encontro das Linhas
Líquidus e a menor temperatura na qual a
liga pode estar líquida para dada
composição .
(13) Ocorre uma reação importante para
uma liga com composição CE (Composição
Eutética) à medida que ela muda de
temperatura ao passar através de TE
(Temperatura Eutética).
Essa reação, reação eutética, pode ser
escrita da seguinte maneira:
(14) A curva solidus horizontal em TE é
chamada de isoterma eutética
(15) Para um sistema eutético, três fases
(α, β e L) podem estar em equilíbrio, porém
somente nos pontos ao longo da isoterma
eutética.
Outro sistema eutético comum é aquele
para o chumbo e o estanho.
(1) A fase α representa uma solução sólida
de estanho em chumbo, enquanto na
fase β o estanho é o solvente e o
chumbo é o soluto.
(2) O ponto invariante eutético está
localizado em 61,9%p Sn e 183°C.
Aplicação Prática: Ocasionalmente, são
preparadas ligas com baixa temperatura de
fusão que têm composições próximas às
do eutético. Um exemplo familiar é a solda
de estanho 60-40, que contém 60%p Sn e
40%p Pb. Uma liga com essa composição
está completamente fundida a uma
temperatura de aproximadamente 185°C, o
que torna esse material especialmente
atrativo como uma solda para baixas
temperaturas, uma vez que ele se funde
com facilidade.
Dependendo da composição, são possíveis vários tipos diferentes de microestruturas para o
resfriamento lento (condições de equilíbrio) de ligas que pertencem a sistemas eutéticos
binários.
A seguir serão apresentados 4 exemplos de desenvolvimentos de microestruturas para o
sistema eutético binário Pb-Sn a diferentes composições.
Considere uma liga com composição C1 à medida que
ela é resfriada lentamente a partir de uma temperatura
dentro da região da fase líquida.
(1) A liga permanece totalmente líquida e com a
composição C1 até que a curva liquidus seja
cruzada, a uma temperatura de aproximadamente
330°C, quando a fase α sólida começa a se
formar.
(2) Ao se passar através dessa estreita região das
fases α+L, a solidificação prossegue; isto é, com o
prosseguimento do resfriamento, se forma maior
quantidade da fase α sólida.
(3) A solidificação atinge o seu término no ponto onde
a linha ww' cruza a curva solidus.
(4) A liga resultante tem uma composição uniforme de
C1, e nenhuma alteração subseqüente irá ocorrer com
o resfriamento até a temperatura ambiente.
O primeiro exemplo é para composições que variam entre a de um componente puro e a solubilidade sólida máxima para
aquele componente à temperatura ambiente (20°C) (para o sistema Pb-Sn, isso inclui as ligas ricas em chumbo, que
contêm entre 0 e 2%p Sn (solução sólida que compõe a fase α), e também entre aproximadamente 99%p Sn e estanho
puro (para a fase β).
Considere uma liga com composição C2, à medida que
ela é resfriada ao longo da linha vertical xx’.
(1) Na descida até a interseção da linha xx’ com a
curva solvus, as alterações que ocorrem são
semelhantes ao que ocorre para o caso anterior.
(2) Imediatamente acima da interseção com a curva
solvus, ponto f, a microestrutura consiste em grãos da
fase α com composição C2.
(3) Com o cruzamento da curva solvus, a solubilidade
sólida da fase α é excedida, o que resulta na formação
de pequenas partículas da fase β.
(4) Com o prosseguimento do resfriamento, essas
partículas crescerão em tamanho (basta perceber o
decaimento da linha solvus favorecendo a fase β para
regra da alavanca com a diminuição da temperatura),
pois a fração mássica da fase β aumenta ligeiramente
com a diminuição da temperatura.
O segundo exemplo é para composições que se encontram na faixa entre o limite de solubilidade à temperatura
ambiente e a solubilidade sólida máxima na temperatura do eutético. Para o sistema Pb-Sn, essas composições se
estendem desde aproximadamente 2%p Sn até 18,3%p Sn (para ligas ricas em chumbo) e desde 97,8%p Sn até
aproximadamente 99%p Sn (para ligas ricas em estanho).
(1) Na medida em que a temperatura é reduzida, nenhuma
alteração ocorre até que a temperatura do eutético, 183°C,
seja atingida.
(2) Ao cruzar a isoterma eutética, o líquido se transforma
nas duas fases, α e β (onde as composições das fases α e
β são ditadas pelos pontos nas extremidades da isoterma
eutética). Essa transformação pode ser representada pela
reação:
(3) Durante essa transformação, deve existir
necessariamente uma redistribuição dos componentes
chumbo e estanho, visto que as fases α e β possuem
composições diferentes e nenhuma delas é igual à
composição do líquido. Essa redistribuição é obtida
mediante difusão atômica.
O terceiro exemplo envolve a solidificação de uma composição eutética, 61,9%p Sn. Considere uma liga que
possui essa composição e que é resfriada desde uma temperatura dentro da região da fase líquida, até a linha
vertical yy’.
A microestrutura do sólido que resulta dessa transformação consiste em camadas alternadas
(algumas vezes chamadas de lamelas) das fases α e β, e que se formam simultaneamente durante
a transformação.
Essa microestrutura é chamada de estrutura eutética, e é característica dessa reação.
A alteração microestrutural que acompanha
essa transformação eutética está
representada esquematicamente na figura;
nela está mostrado a estrutura eutética em
camadas α e β crescendo para dentro e
substituindo a fase líquida.
O processo de redistribuição do chumbo e do
estanho ocorre por difusão no líquido
imediatamente à frente da interface eutético-
líquido.
Os átomos de chumbo se difundem em
direção às camadas da fase α, uma vez que
essa fase α é rica em chumbo (18,3%p Sn);
de maneira oposta, a direção da difusão do
estanho se dá no sentido das camadas da
fase β, rica em estanho (97,8%p Sn).
Fotomicrografía mostrando a microestrutura de uma liga chumbo-estanho com a composição eutética. Essa
microestrutura consiste em camadas alternadas de uma solução