FISC0047 - Diagrama de Fases 2 (2023.1)

Prévia do material em texto

FISC0047 – CIÊNCIA DOS MATERIAIS 
Docente: Prof. Nelson Cárdenas Olivier 
email: nelson.cardenas@univasf.edu.br 
DIAGRAMAS DE FASES II 
UNIVERSIDADE FEDERAL DO VALE DO SÃO FRANCISCO 
COLEGIADO DE PÓS GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA DOS MATERIAIS 
2
 
OBJETIVOS 
Que uma vez concluída a aula o aluno deve ser capaz de: 
 
• Conhecer que são Sistemas Eutéticos Binários 
 
• Saber que são Reações Eutetóides 
 
• Enteder que são Reações Peritéticas 
 
• Conhecer o Diagrama de fases Ferro - Carbono 
 
• Saber como se classificam as Ligas Ferrosas 
SUMARIO 
3
 
1. Sistemas Eutéticos Binários 
 
2. Reações Eutetóides 
 
3. Reações Peritéticas 
 
4. Diagrama de fases Ferro - Carbono 
 
5. Classificação das Ligas Ferrosas 
 
4
 
1.INTRODUÇÃO AOS SISTEMAS EUTÉTICOS BINÁRIOS 
 
DIAGRAMA DE FASES EUTÉTICO BINÁRIO 
Sistemas Eutéticos Binários - Diagrama de fase de Ligas Binárias 
Exemplo - Liga Cobre-Prata 
5
 
1. DIAGRAMA DE FASES EUTÉTICO BINÁRIO 
 
CARACTERÍSTICAS DO DIAGRAMA 
Três regiões monofásicas distintas 
- α - β - Líquida 
6
 
1. DIAGRAMA DE FASES EUTÉTICO BINÁRIO 
 
Fase β 
- Solução Sólida rica em Ag 
- Cu - componente soluto 
- estrutura cristalina CFC 
Fase α 
- Solução Sólida rica em Cu 
- Ag como o componente 
soluto 
- estrutura cristalina CFC 
7
 
1. DIAGRAMA DE FASES EUTÉTICO BINÁRIO 
 
Três regiões Bifásicas (Sistema Cu – Ag) 
- α + L - β + L - α + β 
Fases α e β 
8
 
1. DIAGRAMA DE FASES EUTÉTICO BINÁRIO 
 
SOLUBILIDADE LIMITADA - fases sólidas α e β a qualquer 
temperatura abaixo da reta BEG 
para a Fase α - apenas uma concentração limitada de Ag irá se 
dissolver no Cu 
para a Fase β - apenas uma concentração limitada de Cu irá se 
dissolver na Ag 
L SOLUBILIDADE 
9
 
1. DIAGRAMA DE FASES EUTÉTICO BINÁRIO 
 
LIMITE DE SOLUBILIDADE 
Fase α - Curva CBA α /(α + β) e α /(α + L) 
- aumenta com a temperatura até um valor máximo 8,0%p Ag a 
779°C (ponto B) 
- diminui novamente 0% na Tf Cu puro =1085°C - (ponto A) 
C SOLVUS 
1
0
 
1. DIAGRAMA DE FASES EUTÉTICO BINÁRIO 
 
T < 779°C 
CURVA SOLVUS (B-C) 
- Curva do limite de solubilidade do sólido 
- separa as regiões das fases α e α + β 
C SOLIDUS 
1
1
 
1. DIAGRAMA DE FASES EUTÉTICO BINÁRIO 
 
CURVA SOLIDUS (A-B) 
- separa as regiões das fases α e α + L 
Fase β 
1
2
 
1. DIAGRAMA DE FASES EUTÉTICO BINÁRIO 
Fase β 
CURVA SOLVUS (G-H) - separa as regiões das fases β e α + β 
CURVA SOLIDUS (F-G) - separa as regiões das fases β e β + L 
Solubilidade Máxima do Cu na fase β - G (8,8%p Cu) – 779oC 
L H 
1
3
 
1. DIAGRAMA DE FASES EUTÉTICO BINÁRIO 
 
LINHA HORIZONTAL BEG – situada entre essas posições de 
solubilidade máxima - considera-se uma CURVA SOLIDUS 
- Menor temperatura na qual uma fase líquida pode existir para 
qualquer liga Cu - Ag em equilíbrio. 
REGIÕES BIFÁSICAS 
1
4
 
1. DIAGRAMA DE FASES EUTÉTICO BINÁRIO 
 
Três regiões Bifásicas (Sistema Cu – Ag) 
- α + β - α + L - β + L 
α + β 
1
5
 
1. DIAGRAMA DE FASES EUTÉTICO BINÁRIO 
 
REGIÕES BIFÁSICAS (Sistema Cu – Ag) 
α + β - Soluções Sólidas - fases α + β coexistem em todas as 
composições e temperaturas dentro do campo das fases 
α + L 
1
6
 
1. DIAGRAMA DE FASES EUTÉTICO BINÁRIO 
 
REGIÕES BIFÁSICAS (Sistema Cu – Ag) 
α + L e β + L 
- as fases (α + Líquido) e (β + Líquido) coexistem nas 
respectivas regiões das fases 
composições 
1
7
 
1. DIAGRAMA DE FASES EUTÉTICO BINÁRIO 
 
REGIÕES MONOFÁSICAS (Sistema Cu – Ag) 
 Determinação: 
 - composições das fases; 
 - quantidades fases. 
BIFÁSICAS 
1
8
 
1. DIAGRAMA DE FASES EUTÉTICO BINÁRIO 
 
REGIÕES BIFÁSICAS (Sistema Cu – Ag) 
As composições e as quantidades relativas das fases podem 
ser determinadas usando REGRA DA ALAVANCA 
1
9
 
1. DIAGRAMA DE FASES EUTÉTICO BINÁRIO 
 
Adicionada Ag ao Cu - Tfusão diminui ao longo da Curva Liquidus (AE) 
Adicionado Cu na Ag - Tfusão diminui ao longo da Curva Liquidus (FE) 
PONTO INVARIANTE 
2
0
 
1. DIAGRAMA DE FASES EUTÉTICO BINÁRIO 
 
ponto E - PONTO INVARIANTE 
- Curvas Liquidus se encontram 
- Linha horizontal BEG (isoterma) 
- designado pela composição CE e temperatura TE 
Sistema Cu-Ag 
 
- CE = 71,9%'p Ag 
 
- TE = 779°C 
2
1
 
1. DIAGRAMA DE FASES EUTÉTICO BINÁRIO 
 
REAÇÃO EUTÉTICA 
Resfriamento - uma fase líquida - duas fases sólidas α e β - (TE) 
Aquecimento (reação oposta) 
Sistema Cu-Ag 
 
- CE = 71,9%'p Ag 
 
- TE = 779°C 
2
2
 
1. DIAGRAMA DE FASES EUTÉTICO BINÁRIO 
 
REAÇÃO EUTÉTICA 
2
3
 
1. DIAGRAMA DE FASES EUTÉTICO BINÁRIO 
 
REAÇÃO EUTÉTICA (Sob Resfriamento) 
- semelhante - solidificação de Componentes Puros 
- temperatura constante - TE (isotérmica) 
Eutética - produto líquido - duas fases sólidas 
Puros - produto líquido - uma única fase sólida 
2
4
 
1. DIAGRAMA DE FASES EUTÉTICO 
 
Devido à REAÇÃO EUTÉTICA 
 
DIAGRAMAS DE FASES EUTÉTICOS - os diagramas de fases 
semelhantes 
 
SISTEMA EUTÉTICO - os componentes que exibem esse 
comportamento 
REGRA GERAL 
2
5
 
1. DIAGRAMA DE FASES EUTÉTICO 
 
REGRA GERAL - DIAGRAMAS DE FASES BINÁRIOS 
Uma fase, ou no máximo duas, pode estar em equilíbrio dentro de 
um campo de fases. 
SISTEMA EUTÉTICO - três fases (α, β e L) podem estar em 
equilíbrio - somente nos pontos ao longo da ISOTERMA 
EUTÉTICA. 
2
6
 
1. DIAGRAMA DE FASES EUTÉTICO 
 
REGRA GERAL 
Regiões Monofásicas estão sempre separadas umas das outras 
por uma Região Bifásica (composta pelos dois sistemas 
monofásicos que esta região bifásica está separando) 
Pb - Sn 
2
7
 
1. DIAGRAMA DE FASES EUTÉTICO 
 
SISTEMA EUTÉTICO - Pb e o Sn 
fase α - Solução Sólida de Sn em Pb 
fase β - Solução Sólida de Pb em Sn 
PONTO INVARIANTE EUTÉTICO - 61,9%p Sn e 183°C 
2
8
 
1. DIAGRAMA DE FASES EUTÉTICO 
 
APLICAÇÃO PRÁTICA 
Ligas com baixa temperatura de fusão (composições ~ Eutético) 
Solda de Estanho 60-40, que contém 60% p Sn - 40%p Pb 
Tfusão ~ 185°C - solda para baixas temperaturas 
EXEMPLO 
2
9
 
1. DIAGRAMA DE FASES EUTÉTICO 
 
EXEMPLO 
Para uma liga com 40%p Sn - 60%p Pb a 150°C. Diga. 
a) Quais fases estão presentes? 
b) Quais são as quantidades das fases? 
 
COMPOSIÇÃO 
C1 ~ 40%p Sn 
Cα ~ 10%p Sn 
Cβ ~ 98%p Sn 
3
0
 
2. REAÇÕES EUTETÓIDES E PERITÉTICAS 
 
Existem outros tipos de pontos invariantes envolvendo 
três fases além do EUTÉTICO. 
 
• EUTETÓIDES 
 
• PERITÉTICOS 
3
1
 
2. REAÇÕES EUTETÓIDES 
 
EUTETÓIDES - Sistema Cu - Zn a 560°C e 74%p Zn-26%p Cu 
 
Resfriamento - uma fase sólida δ - duas fases sólidas (γ e ε) 
REAÇÃO EUTETÓIDE - ponto invariante (E) sobre a linha de 
amarração horizontal a 560°C 
PERITÉTICAS 
3
2
 
3. REAÇÕES PERITÉTICAS 
 
REAÇÃO PERITÉTICA - reação invariante (envolve três fases em 
equilíbrio) 
Aquecimento - uma Fase Sólida - uma Fase Líquida e Fase Sólida 
Exemplo - Sistema Cu – Zn (ponto P) 
 598°C 78,6%p Zn - 21,4%p Cu 
DIAGRAMA FE– C 
DIAGRAMA DE FASES FERRO – CARBONO 
3
4
 
4. DIAGRAMA DE FASES Fe - C 
 
SISTEMA FERRO - CARBONO 
- Porção rica em ferro - Porção rica em Carbono 100%p C (grafite puro) 
3
5
 
4. INTRODUÇÃO AO DIAGRAMA DE FASES Fe - C 
 
SISTEMA FERRO – CARBONO 
Na prática - Ligas Fe - C possuem teores de carbono < 6,7 %C 
FERRITA 
3
6
 
4. DIAGRAMA DE FASES Fe - C 
 
FERRO PURO – (aquecido) – Transformações Polimórficas 
- duas alterações na estrutura cristalina antes de se fundir 
3
7
 
4. DIAGRAMA DE FASES Fe - C 
 
Temp. ambiente - Ferrita (Fe α) - estrutura cristalina CCC 
3
8
 
4. DIAGRAMA DE FASES Fe - C 
 
Temp. 912°C - transformação polimórfica 
- Austenita (ferro γ) CFC 
3
9
 
4. DIAGRAMA DE FASES Fe - C 
Temp. 1394°C 
- Ferrita δ CCC 
4
0
 
4. DIAGRAMA DE FASES Fe - C 
 
Temp. 1538°C – Fusão 
CEMENTITA 
4
1
 
4. DIAGRAMA DE FASES Fe - C 
 
Eixodas composições - 6,7 %p C 
 - carbeto de ferro ou cementita (Fe3C) 
 - Ortorrômbica 
4
2
 
4. DIAGRAMA DE FASES Fe - C 
 
Mais apropriada por Diagrama de Fases Fe - Fe3C 
- Fe3C - (componente) 
- composição expressa em termos de "%p C" e não por "%p Fe3C“ 
- 6,7 %p C corresponde a 100%p Fe3C 
C MONOFÁSICOS 
4
3
 
4. DIAGRAMA DE FASES Fe - C 
 
C - impureza intersticial 
SOLUÇÕES SÓLIDAS 
- ferrita α - ferrita δ - austenita γ (campos monofásicos α, δ e γ) 
4
4
 
4. INTRODUÇÃO AO DIAGRAMA DE FASES Fe - C 
 
FERRITA α - estrutura CCC 
- pequenas concentrações de C são solúveis 
- solubilidade máxima - 0,022%p a 727°C 
4
5
 
4. INTRODUÇÃO AO DIAGRAMA DE FASES Fe - C 
 
FERRITA α (CCC) 
Solubilidade Limitada - forma e tamanho das posições intersticiais 
- difícil acomodar os átomos de carbono 
- concentrações relativamente baixas – grande influencia nas 
propriedades mecânicas da ferrita. 
- relativamente macia - densidade de 7,88 g/cm3 
4
6
 
4. DIAGRAMA DE FASES Fe - C 
 
FOTOMICROGRAFIA DA FERRITA α 
AUSTENITA 
4
7
 
4. INTRODUÇÃO AO DIAGRAMA DE FASES Fe - C 
 
AUSTENITA - ferro γ (CFC) 
- não é estável a uma temperatura inferior a 727°C 
- Solubilidade máxima do C na austenita - 2,14%p - 1147°C 
FERRITA δ 
4
8
 
4. INTRODUÇÃO AO DIAGRAMA DE FASES Fe - C 
 
FERRITA δ (CCC) 
- mesma que a ferrita α 
- ≠ faixa de temperaturas 
- estável a temperaturas elevadas (1394 – 1538oC) 
CEMENTITA 
4
9
 
4. DIAGRAMA DE FASES Fe - C 
 
CEMENTITA (Fe3C) 
- Fe3C coexistirá com a fase ferrita α (T< 727°C) 
- Fe3C coexistirá com a fase austenita γ (T entre 727 e 1147°C) 
PERLITA 
5
0
 
4. DIAGRAMA DE FASES Fe - C 
CEMENTITA (Fe3C) 
Mecanicamente 
- muito dura e frágil 
- resistência de alguns aços é aumentada substancialmente 
BI FÁSICO 
5
1
 
4. DIAGRAMA DE FASES Fe – C 
 
REGIÕES BIFÁSICAS 
EUTÉTICO 
5
2
 
4. DIAGRAMA DE FASES Fe - C 
 
Ponto Invariante EUTÉTICO - Reação Eutética 
- composição 4,30%p C 
- T = 1147°C 
EUTETÓIDE 
5
3
 
4. DIAGRAMA DE FASES Fe - C 
Ponto Invariante EUTETÓIDE - Reação Eeutetóide 
- composição de 0,76%p C 
- T = 727°C 
LIGAS FERROSAS 
5
4
 
5. LIGAS FERROSAS 
- Fe é o componente principal 
- C 
- outros elementos Cr, Ni, Co...etc. 
CLASSIFICAÇÃO 
5
5
 
5. CLASSIFICAÇÃO DAS LIGAS FERROSAS ( teor de C) 
 
- FERRO - AÇO - FERRO FUNDIDO 
5
6
 
5. CLASSIFICAÇÃO DAS LIGAS FERROSAS ( teor de C) 
 
FERRO 
- comercialmente puro < 0,008%p C 
- T ambiente – quase exclusivamente - ferrita 
AÇOS 
5
7
 
5. CLASSIFICAÇÃO DAS LIGAS FERROSAS (teor de C) 
 
AÇOS 
- Ligas Fe-C 
- composição entre 0,008 e 2,14%p C 
- na prática - raramente excedem 1,0%p C 
FERROS FUNDIDOS 
5
8
 
5. CLASSIFICAÇÃO DAS LIGAS FERROSAS 
 
FERROS FUNDIDOS 
- Ligas ferrosas que contêm entre 2,14 e 6,70%p C 
- ferros fundidos comerciais normalmente < 4,5%p C 
RESUMO 
5
9
 
RESUMO DA AULA 
BIBLIOGRAFIA 
1. Sistemas Eutéticos Binários 
 
2. Reações Eutetóides 
 
3. Reações Peritéticas 
 
4. Conhecer o Diagrama de fases Ferro - Carbono 
 
5. Saber como se classificam as Ligas Ferrosas 
 
6
0
 
BIBLIOGRAFIA: 
FIM 
CALLISTER Jr, W. D. Ciência e Engenharia de Materiais: Uma 
introdução, Rio de Janeiro, 5a Ed. LTC. 2002. 
 
SHACKELFORD, J. F. Ciência e Engenharia de Materiais. São 
Paulo, 6ª Ed. Pearson Prentice Hall. 2008. 
.