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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