Aula 8 - Diagrama de Fases

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Diagrama de Fases
Prof. Jomar Berton Junior
E-mail: jomar.junior@ifpr.edu.br
Introdução
Os diagramas de fases relacionam temperatura, composição química e
quantidade das fases em equilíbrio.
Um diagrama de fases é uma espécie de “mapa” que mostra quais fases são as
mais estáveis nas diferentes condições de composição, temperatura e pressão.
A Microestrutura dos materiais pode ser relacionada com o diagrama de fases.
Existe uma relação direta entre as propriedades dos materiais e as suas
microestruturas
Introdução
Introdução
Liga Chumbo e Estanho
Limite de Solubilidade
Para muitos sistemas de ligas em uma temperatura específica existe uma concentração máxima de átomos
de soluto que pode se dissolver no solvente para formar uma solução sólida; isso é chamado de limite de
solubilidade. A adição de soluto em excesso, além desse limite de solubilidade, resulta na formação de outra
solução sólida ou outro composto, com uma composição marcadamente diferente.
Fases
Uma fase pode ser definida como uma porção homogênea de um sistema que
possui características físicas e químicas uniformes.
Todo material puro é considerado uma fase; da mesma forma, também o são
todas as soluções sólidas, líquidas e gasosas.
Fases
Quando duas fases estão presentes em um sistema, não é necessário que
existam diferenças tanto nas propriedades físicas quanto nas propriedades
químicas; uma disparidade em um ou outro conjunto de propriedades é suficiente.
Quando água e gelo estão presentes em um recipiente, existem duas fases separadas; elas são fisicamente
diferentes (uma fase é um sólido, enquanto a outra é um líquido), porém ambas são idênticas em composição
química. Além disso, quando uma substância pode existir em duas ou mais formas polimórficas (por exemplo,
possuindo tanto a estrutura CFC quanto a CCC), cada uma dessas estruturas será uma fase separada, pois
suas características físicas são diferentes.
Fases
Fases
Exemplo: fases a e b da liga abaixo, que contém, ambas, Al e Cu → porém, com 
porcentagens diferentes de Al e Cu em cada uma.
Informações que podem ser obtidas a 
partir dos Diagrama de Fases
Microestrutura
Muitas vezes, as propriedades físicas e, em particular, o
comportamento mecânico de um material dependem da
microestrutura.
Nas ligas metálicas, a microestrutura é caracterizada pelo
número de fases presentes, por suas proporções e pela maneira
segundo a qual elas estão distribuídas ou arranjadas. A
microestrutura de uma liga depende de variáveis tais como os
elementos de liga presentes, suas concentrações e, ainda, o
tratamento térmico da liga
Tipos de Diagramas de Fases
Diagramas de Fases de Um Componente 
(Unários)
Existem três parâmetros que podem ser controlados
externamente e que afetarão a estrutura das fases —
temperatura, pressão e composição — e os diagramas de
fases são construídos quando várias combinações desses
parâmetros são traçadas umas em função das outras.
Provavelmente, o tipo mais simples e mais fácil de diagrama
de fases para ser compreendido é aquele para um sistema
com um único componente, no qual a composição é mantida
constante (isto é, o diagrama de fases para uma substância
pura); isso significa que a pressão e a temperatura são as
variáveis.
Diagramas de Fases de Um Componente 
(Unários)
Sistemas Binários
Aqueles que apresentam solubilidade total em todas as proporções nos estados líquido e sólido:
• Sistemas isomorfos.
Aqueles que apresentam solubilidade total em todas as proporções no estado líquido, mas cuja
solubilidade é nula ou restrita no estado sólido:
• Sistemas eutéticos;
• Sistemas eutetóides;
• Sistemas peritéticos;
• Sistemas peritetóides.
Aqueles que apresentam solubilidade limitada nos estados líquido e sólido:
• Sistemas monotéticos;
• Sistemas sintéticos.
Sistemas Binários
Isomorfo
Num sistema binário isomorfo, os dois
componentes são completamente solúveis
um no outro.
Sistemas Binários
Isomorfo
A leitura de diagramas de fases é feita primeiramente
definindo-se uma liga de interesse, como por
exemplo 35% Ni.
• Na temperatura de 1300ºC (ponto a) a fase em
equilíbrio termodinâmico é a fase líquida com 35% de Ni.
• Na temperatura de 1261ºC (ponto b) , que é a
temperatura líquidus desta liga, começa a solidificação.
Nesta temperatura estão em equilíbrio termodinâmico o
líquido com 35% de Ni e os primeiros núcleos de sólido
com 46% de Ni.
• Na temperatura de 1247ºC (ponto c) estão em equilíbrio
termodinâmico o líquido com 32% de Ni e o sólido com
43% de Ni.
• Na temperatura de 1214ºC (ponto d), que é a
temperatura solidus desta liga estão em equilíbrio
termodinâmico o último líquido com 24% de Ni e o sólido
com 35% de Ni.
• Na temperatura de 1186ºC (ponto a) a fase em
equilíbrio termodinâmico é a fase sólida com 35% de Ni,
que apresenta a microestrutura da liga de interesse.
Sistemas Binários
Isomorfo
Sistemas Binários
Isomorfo
Regra da Alavanca
Considere o exemplo mostrado na figura, em que a 1250ºC ambas as fases, α e líquido, estão presentes para uma liga 
com 35 %p Ni-65 %p Cu. O problema consiste em calcular a fração de cada uma das fases, α e líquido.
Sistemas 
Eutéticos
Diagrama de um sistema cobre-prata
Reação Eutética
Reação Eutética
Diagrama de fases chumbo-estanho.
Exercício
Para uma liga de 40%p Sn – 60%p Pb a
150°C.
a) Quais fases estão presentes?
b) Quais são as composições dessas fases?
c) Calcule a fração mássica de cada fase.
Exercício - Resolução
Reação Eutética
Diagrama de fases chumbo-estanho.
Reação Eutética
Reação Eutética
Reação Eutética
Durante essa transformação, deve
haver necessariamente uma
redistribuição dos componentes
chumbo e estanho, visto que as fases
α e β têm composições diferentes, e
nenhuma dessas composições é igual
à do líquido.
Essa redistribuição ocorre por
difusão atômica. A microestrutura do
sólido que resulta dessa
transformação consiste em camadas
alternadas (algumas vezes chamadas
de lamelas) das fases α e β, as quais
se formam simultaneamente durante
a transformação.
Reação Eutética
Reação Eutética
Exercícios – Regra da alvanca
Exercícios – Regra da alvanca
Exercícios – Regra da alvanca
Sistemas Binários
Aqueles que apresentam solubilidade total em todas as proporções nos estados líquido e sólido:
• Sistemas isomorfos.
Aqueles que apresentam solubilidade total em todas as proporções no estado líquido, mas cuja
solubilidade é nula ou restrita no estado sólido:
• Sistemas eutéticos;
• Sistemas eutetóides;
• Sistemas peritéticos;
• Sistemas peritetóides.
Aqueles que apresentam solubilidade limitada nos estados líquido e sólido:
• Sistemas monotéticos;
• Sistemas sintéticos.
Diagrama de Fases Eutetóide
A reação eutetóide é muito
similar à reação eutética. A
diferença é a presença de uma
fase sólida no lugar da fase
líquida da reação eutética.
O Sistema Ferro-Carbono
De todos os sistemas de ligas binárias, talvez o mais importante seja o formado pelo ferro e pelo carbono.
Tanto os aços quanto os ferros fundidos, que são os principais materiais estruturais em toda cultura
tecnologicamente avançada, são essencialmente ligas ferro-carbono.
O Sistema Ferro-Carbono
O Sistema Ferro-Carbono
O Sistema Ferro-Carbono
Micrografias (a) da ferrita α (ampliação de 90×) e (b) da austenita (ampliação de 325×).
Perlita
Microestrutura Hipoeutetóide
Microestrutura Hipoeutetóide
Microestrutura Hipoeutetóide
Microestrutura Hipereutetóide
Microestrutura Hipereutetóide
Exercício
Para uma liga com 99,65 %p Fe-0,35 %p C em uma temperatura imediatamente abaixo da eutetóide, determine o 
seguinte:
a) As frações das fases ferrita total e cementita
b) As frações de ferrita proeutetóide e perlita
Referências Bibliográficas
CALLISTER, William D.; RETHWISCH, David G. Ciência e engenharia de 
materiais: uma introdução. 8. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2012. 817 p.
Padilha, A.F. Materiais de Engenharia. Hemus. São Paulo.1997
Shackelford, J.F. Ciência dos Materiais. 6ª Ed. Pearson. 2008.
Dúvidas?
	Slide 1: Diagrama de Fases
	Slide 2: Introdução
	Slide 3: Introdução
	Slide 4: Introdução
	Slide 5: Limite de Solubilidade
	Slide 6: Fases
	Slide 7: Fases
	Slide 8: Fases
	Slide 9: Fases
	Slide 10: Informações que podem ser obtidas a partir dos Diagrama de Fases
	Slide 11: Microestrutura
	Slide 12: Tipos de Diagramas de Fases
	Slide 13: Diagramas de Fases de Um Componente (Unários)
	Slide 14: Diagramas de Fases de Um Componente (Unários)
	Slide 15: Sistemas Binários 
	Slide 16: Sistemas Binários Isomorfo
	Slide 17: Sistemas Binários Isomorfo
	Slide 18: Sistemas Binários Isomorfo
	Slide 19: Sistemas Binários Isomorfo
	Slide 20: Regra da Alavanca
	Slide 21: Sistemas Eutéticos
	Slide 22
	Slide 23: Reação Eutética
	Slide 24: Reação Eutética
	Slide 25: Exercício
	Slide 26: Exercício - Resolução
	Slide 27: Reação Eutética
	Slide 28: Reação Eutética
	Slide 29: Reação Eutética
	Slide 30
	Slide 31: Reação Eutética
	Slide 32: Reação Eutética
	Slide 33: Reação Eutética
	Slide 34: Exercícios – Regra da alvanca
	Slide 35: Exercícios – Regra da alvanca
	Slide 36: Exercícios – Regra da alvanca
	Slide 37: Sistemas Binários 
	Slide 38
	Slide 39: Diagrama de Fases Eutetóide
	Slide 40: O Sistema Ferro-Carbono
	Slide 41: O Sistema Ferro-Carbono
	Slide 42: O Sistema Ferro-Carbono
	Slide 43: O Sistema Ferro-Carbono
	Slide 44: Perlita
	Slide 45: Microestrutura Hipoeutetóide
	Slide 46: Microestrutura Hipoeutetóide
	Slide 47: Microestrutura Hipoeutetóide
	Slide 48: Microestrutura Hipereutetóide
	Slide 49: Microestrutura Hipereutetóide
	Slide 50
	Slide 51
	Slide 52: Exercício
	Slide 53: Referências Bibliográficas
	Slide 54: Dúvidas?