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Aula_7__Diagrama_De_Fases

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8. Diagramas de fase em condições de 
equilíbrio 
- Definições e conceitos básicos: identificação das fases, 
limite de solubilidade, microestrutura das fases 
- Diagramas de equilíbrio binários isomorfos e eutéticos 
- Reações eutetóides e peritéticas 
- Sistema Fe-C e microestruturas que se formam no 
resfriamento lento 
2 
SOLIDIFICAÇÃO 
• TODO O PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE PEÇAS 
METÁLICAS TEM INÍCO EM UM PROCESSO DE 
SOLIDIFICAÇÃO 
3 
DIAGRAMA DE FASE OU DE 
EQUILIBRIO 
1. IMPORTÂNCIA: 
 
• Permite a visualização da fusão e solidificação 
• Prediz as transformações de fases 
• Dá informações sobre microestrutura e 
propriedades mecânicas em função da 
temperatura e composição 
 
2. SOLUBILIDADE DO SOLUTO E FASES 
• SOLUBILIDADE COMPLETA 
• SOLUBILIDADE INCOMPLETA 
• INSOLUBILIDADE 
 
LIMITE DE SOLUBILIDADE: é a concentração máxima de 
átomos de soluto que pode dissolver-se no solvente, a uma dada 
temperatura, para formar uma solução sólida. 
 Quando o limite de solubilidade é ultrapassado forma-se uma 
segunda fase com composição distinta 
5 
3. FASES 
FASE É A PORÇÃO HOMOGÊNEA DE UM SISTEMA QUE 
TEM CARACTERÍSTICAS FÍSICAS E QUÍMICAS 
DEFINIDAS 
Todo metal puro é considerado uma fase 
• Uma fase é identificada pela composição química e 
microestrutura 
• A interação de 2 ou mais fases em um material 
permite a obtenção de propriedades diferentes 
• É possível alterar as propriedades do material 
alterando a forma e distribuição das fases 
6 
4. DIAGRAMA DE FASES OU DE EQUILÍBRIO 
• É COMO UM MAPA PARA A DETERMINAÇÃO DAS 
FASES PRESENTES, PARA QUALQUER TEMPERATURA 
E COMPOSIÇÃO, DESDE QUE A LIGA ESTEJA EM 
EQUILÍBRIO 
- Termodinamicamente o equilíbrio é descrito em termos de 
energia livre (G) 
- Um sistema está em equilíbrio quando a energia livre é mínima 
 
O equilíbrio de fases é o reflexo da constância das características 
das fases com o tempo 
7 
FUSÃO E ENERGIA LIVRE (G) 
8 
4. FASES DE EQUILÍBRIO E FASES METAESTÁVEIS 
• Fases de equilíbrio: suas propriedades ou 
características não mudam com o tempo. 
Geralmente são representadas nos diagramas por 
letras gregas 
 
• Fases metaestáveis: suas propriedades ou 
características mudam lentamente com o tempo, ou 
seja, o estado de equilíbrio não é nunca alcançado. 
No entanto, não há mudanças muito perceptíveis com 
o tempo na microestrutura das fases metaestáveis. 
9 
SOLIDIFICAÇÃO DE UM METAL PURO 
10 
SOLIDIFICAÇÃO DE UMA LIGA BINÁRIA 
11 
CONSTRUÇÃO DOS DIAGRAMAS DE FASE A 
PARTIR DAS CURVAS TÉRMICAS 
São obtidas curvas térmicas para diferentes teores de 
soluto 
12 
4.1. DIAGRAMA DE EQUILÍBRIO PARA SISTEMAS 
BINÁRIOS E ISOMÓRFOS 
• Isomorfo - quando a solubilidade é completa 
(Exemplo: Sistema Cu-Ni) 
13 
CURVA DE SOLIDIFICAÇÃO PARA UMA 
LIGA BINÁRIA ISOMORFA 
Remoção do calor 
latente de fusão 
Curva de solidificação 
14 
INTERPRETAÇÃO DO DIAGRAMA DE EQUILÍBRIO 
(CONSTITUIÇÃO DA LIGA) 
- Fases presentes localiza-se a temperatura e 
composição desejada e verifica-se o número de fases presentes 
- Composição química das fases usa-se o método 
da linha de conecção (isotérma) 
 
Para um sistema monofásico a composição é a 
mesma da liga 
- Percentagem das fases (quantidades relativas das 
fases) regra das alavancas 
15 
SISTEMA Cu-Ni 
DETERMINAÇÃO DAS FASES PRESENTES E DA 
COMPOSIÇÃO QUÍMICA DAS FASES 
Comp. Liq= 32% de Ni e 68% de Cu 
Comp. Sol. = 45% de Ni e 55% de Cu 
B 
16 
SISTEMA Cu-Ni 
Determinação das quantidades relativas das fases 
• Composição das fases 
 
 
• Percentagem das fases 
Fase líquida 
 
 
Fase sólida 
Comp. Liq= 31,4% Ni e 68,9%Cu 
Comp. Sol. = 42,5%Ni e %57,5Cu 
L = S 
 R+S 
S = R 
 R+S 
L = C-C0 
 C-CL 
L = Co-CL 
 C-CL 
17 
Mudança na composição das fases durante 
o processo de solidificação 
Ex: o centro do grão mais rico do elemento com o elemento de maior ponto de fusão) 
 
centro do grão 
A distribuição dos 2 elementos no grão não é uniforme. 
18 
Mudança na composição das fases durante 
o processo de solidificação 
19 
DESENVOLVIMENTO DA MICROESTRUTURA 
 A microestrutura só segue o diagrama de equilíbrio para 
velocidades de solidificação lentas 
 Na prática, não há tempo para a difusão completa e as 
microestruturas não são exatamente iguais às do 
equilíbrio 
 O grau de afastamento do equilíbrio dependerá da taxa de 
resfriamento 
 Como consequência da solidificação fora do equilíbrio 
tem-se a segregação (a distribuição dos 2 elementos no 
grão não é uniforme). 
20 
SOLUBILIDADE 
É dada pela linha solvus 
LINHA SOLVUS 
() 
() 
 +  
 
LINHA SOLVUS 
 + l 
l +  
21 
SISTEMAS EUTÉTICOS BINÁRIOS 
Reação eutética: 
Líquido  +  
 
• Neste caso a solidificação processa-se como num 
metal puro, no entanto o produto é 2 fases sólidas 
distintas. 
Microestrutura do eutético: 
LAMELAR camadas alternadas de fase  e . 
Ocorre desta forma porque é a de menor percurso para a 
difusão 
 
22 
REAÇÃO EUTÉTICA 
Líquido  +  
LINHA SOLVUS 
() 
 +  
 
() 
Indica solubilidade 
23 
HIPOEUTÉTICO E HIPEREUTÉTICO 
• HIPOEUTÉTICO COMPOSIÇÃO MENOR QUE O EUTÉTICO 
• HIPEREUTÉTICO COMPOSIÇÃO MAIOR QUE O EUTÉTICO 
 
24 
MICROESTRUTURA DE UMA LIGA DE 
Sn-Pb HIPOEUTÉTICA 
 
• Região preta é a fase 
primária  rica em Pb 
• Lamelas são 
constituídas de fase  
rica em Pb e fase rica 
em Sn 
 
25 
• REAÇÃO EUTETÓIDE: 
  +  
 ( a diferença do eutético é que uma fase sólida, ao invés de 
uma líquida, transforma-se em duas outras fases sólidas. 
 
• REAÇÃO PERITÉTICA: Envolve três fases em equilíbrio 
  + Líquido  
Uma fase sólida mais uma fase líquida transforma-se numa 
outra fase sólida 
DIAGRAMA DE EQUILÍBRIO TENDO FASES 
INTERMEDIÁRIAS 
26 
PERITÉTICO E EUTÉTICO 
27 
 PERITÉTICO 
Envolve 3 fases em equilíbrio 
28 
PERITÉTICO DUPLO 
29 
EUTÉTICO, EUTETÓIDE E PERITÉTICO 
Ponto de 
fusão 
congruente 
30 
REAÇÃO MONOTÉTICA E EUTÉTICA 
Dois líquidos imiscíveis formam uma fase sólida e 
 uma fase líquida (MONOTÉTICA) 
31 
GRÁFICO ESQUEMÁTICO: PONTO DE 
FUSÃO E TRANSFORMAÇÕES ALOTRÓPICAS 
32 
Sistema Fe-C ou Fe-Fe3C e 
microestruturas que se 
formam no resfriamento 
lento 
 
33 
DIAGRAMA DE FASE Fe-Fe3C TRANSFORMAÇÃO ALOTRÓPICA 
+Fe3C 
+l 
l+Fe3C 
+Fe3C 
CCC 
CFC 
CCC 
+  
+l 
As fases ,  e  são soluções sólidas 
com Carbono intersticial 
34 
FERRO PURO 
 FERRO  = FERRITA 
 FERRO  = AUSTENITA 
 FERRO  = FERRITA  
 TF= 1534 C 
 
 
 Nas ligas ferrosas as fases ,  e  FORMAM 
soluções sólidas com Carbono intersticial 
 
CARBONO 
35 
DIAGRAMA DE FASE Fe-Fe3C 
TRANSFORMAÇÔES 
+l 
l+Fe3C 
+l 
PERITÉTICA 
 +l  EUTÉTICA 
l +Fe3C 
EUTETÓIDE 
 +Fe3C 
AÇO FOFO 
36 
Ferro Puro /Formas Alotrópicas 
FERRO  = FERRITA 
 
 Estrutura= ccc 
 Temperatura “existência”= 
até 912 C 
 Fase Magnética até 768 C 
(temperatura de Curie) 
 Solubilidade máx do 
Carbono= 0,02% a 727 C 
FERRO  = AUSTENITA 
 
 Estrutura= cfc (tem + 
posições intersticiais) 
 Temperatura 
“existência”= 912 -
1394C 
 Fase Não-Magnética 
 Solubilidade máx do 
Carbono= 2,14% a 
1148C 
 
37Ferro Puro /Formas Alotrópicas 
 
 FERRITA AUSTENITA 
38 
Ferro Puro /Formas Alotrópicas 
FERRO  = FERRITA  
 Estrutura= ccc 
 Temperatura “existência”= acima de 1394C 
 Fase Não-Magnética 
 É a mesma que a ferrita  
 Como é estável somente a altas temperaturas 
não apresenta interesse comercial 
 
39 
Sistema Fe-Fe3C 
 Ferro Puro= até 0,02% de Carbono 
Aço= 0,02 até 2,06% de Carbono 
 Ferro Fundido= 2,1-4,5% de Carbono 
 Fe3C (CEMENTITA)= Forma-se quando o 
limite de solubilidade do carbono é 
ultrapassado (6,7% de C) 
 
40 
CEMENTITA (Fe3C) 
 Forma-se quando o limite de solubilidade do 
carbono é ultrapassado (6,7% de C) 
 É dura e frágil 
 Cristaliza no sitema ortorrômbico (com 12 átomos 
de Fe e 4 de C por célula unitária) 
 é um composto intermetálico metaestável, 
embora a velocidade de decomposição em ferro  
e C seja muito lenta 
 A adição de Si acelera a decomposição da 
cementita para formar grafita 
41 
PONTOS IMPORTANTES DO SISTEMA Fe-Fe3C (EUTÉTICO) 
 LIGA EUTÉTICA: corresponde à liga de 
 mais baixo ponto de fusão 
Líquido FASE  (austenita) + cementita 
 
- Temperatura= 1148 C 
- Teor de Carbono= 4,3% 
 As ligas de Ferro fundido de 2,1-4,3% de C são 
chamadas de ligas hipoeutéticas 
 As ligas de Ferro fundido acima de 4,3% de C são 
chamadas de ligas hipereutéticas 
 
42 
PONTOS IMPORTANTES DO SISTEMA Fe-Fe3C (EUTETÓIDE) 
 LIGA EUTETÓIDE  corresponde à liga de 
mais baixa temperatura de transformação 
sólida 
Austenita FASE  (FERRITA) + Cementita 
- Temperatura= 725 C 
- Teor de Carbono= 0,8 % 
 Aços com 0,02-0,8% de C são chamadas de aços 
hipoeutetóides 
 Aços com 0,8-2,1% de C são chamadas de aços 
hipereutetóides 
 
43 
MICROESTRUTURAS / EUTETÓIDE 
 Supondo resfriamento lento para manter o equilíbrio 
 É similar ao eutético 
Consiste de lamelas alternadas de fase  (ferrita) e 
Fe3C (cementita) chamada de 
PERLITA 
 FERRITA lamelas + espessas e claras 
 CEMENTITA lamelas + finas e escuras 
 Propriedades mecânicas da perlita 
• intermediária entre ferrita (mole e dúctil) e cementita 
(dura e frágil) 
 
44 
MICROESTRUTURAS / EUTETÓIDE 
45 
MICROESTRUTURA DO AÇO EUTETÓIDE 
RESFRIADO LENTAMENTE 
Somente Perlita 
46 
MICROESTRUTURAS /HIPOEUTETÓIDE 
 Supondo resfriamento lento para manter o equilíbrio 
 Teor de Carbono = 0,002- 0,8 % 
 Estrutura 
 Ferrita + Perlita 
 As quantidades de ferrita e 
perlita variam conforme a 
 % de carbono e podem ser 
determinadas pela regra das 
alavancas 
 Partes claras pró eutetóide 
ferrita 
47 
MICROESTRUTURA DOS AÇOS BAIXO 
TEOR DE CARBONO 
Ferrita Perlita 
AÇO COM ~0,2%C 
48 
MICROESTRUTURA DOS AÇOS MÉDIO TEOR DE 
CARBONO RESFRIADOS LENTAMENTE 
Ferrita Perlita 
AÇO COM ~0,45%C 
49 
MICROESTRUTURAS /HIPEREUTETÓIDE 
 Supondo resfriamento lento para manter o equilíbrio 
 Teor de Carbono = 0,8-2,06 % 
 Estrutura 
 cementita+ Perlita 
 As quantidades de cementita 
e perlita variam conforme a 
% de carbono e podem ser 
determinadas pela regra das 
alavancas 
 Partes claras pró 
eutetóide cementita 
 
ALGUNS DIAGRAMAS 
51 
52 
53 
54 
Micrografia da Liga Al-3,5%Cu no Estado 
Bruto de Fusão 
 
 
55 
56 
57 
Sistema Mg-Pb

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