Diagrama de Fases-Aços

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Diagrama de Fases
Solução sólida é aquela que consiste em pelo menos dois tipos de átomos. Os átomos do soluto ocupam posições substitutivas os intersticiais no reticulo cristalino do solvente, e a estrutura cristalina do solvente é mantida.
Para muitos sistemas de ligas e em uma dada temperatura específica, existe uma concentração máxima de átomos de soluto que pode se dissolver no solvente para formar uma solução sólida. Esse é o chamado limite de solubilidade. A adição de soluto além desse limite resulta na formação de outra solução sólida ou outro composto que possui composição marcadamente diferente.
Fase é a porção homogênea de um sistema que possui suas características físicas e químicas uniformes.
Um sistema está em equilíbrio quando as características do sistema não mudam ao longo do tempo, mas persistem indefinidamente, em outras palavras, o sistema é estável.
Equilíbrio de fases se aplica a sistema em equilíbrio que possuem mais de uma fase.
DIAGRAMAS BINÁRIOS ISOMORFOS
Diagrama Cu-Ni (O sistema cobre-níquel é chamado isomorfo devido a completa solubilidade dos dois componentes dos estados líquido e sólido)
Abaixo de 1080°C são completamente solúveis um n outro no estado sólido. Essa solubilidade se deve ao fato de possuírem a mesma estrutura cristalina (CFC), raios atômicos e eletronegatividade praticamente idênticos e valências parecidas.
Os dois pontos de intersecção das curvas solidus e liquidus, que ficam em suas extremidades, correspondem respectivamente às temperaturas de fusão dos componentes puros.
Há pelos menos três tipos de informações cruciais contidas num diagrama de fases isomorfo: as fases que estão presentes, a composição das fases e as porcentagens ou frações das fases.
Concentração das fases:
Para uma fase monofásica e só ler a composição do gráfico.
Para uma fase bifásica:
Constrói-se uma isoterma (ou linha de amarração) através da região bifásica à temperatura da liga.
Anotam-se as intersecções da linha de amarração com as fronteiras entre as fases em ambos os lados.
Trançam-se linhas perpendiculares à linha de amarração a partir dessas intersecções até o eixo horizontal das composições, onde a composição em cada uma das respectivas fases pode ser lida.
Para a determinação das frações das fases usa-se a Regra da Alavanca:
WL = (Cα -C0)/(Cα-CL)
C0 = composição global da liga (TODA a isoterma)
Cα = composição da fase α 
CL = composição da fase líquida 
EXAMINANDO O DIAGRAMA DE FASES
As composições das fases líquida e α seguirão as curvas liquidus e solidus respectivamente.
SISTEMAS EUTÉTICOS BINÁRIOS (PIKACHÚ)
Obs.: Eutético significa facilmente fundido.
Características:
Possui 3 regiões monofásicas distintas: α, β e líquida. 
Exemplo: Diagrama cobre-prata
A fase α consiste em uma solução sólida rica em cobre que possui a prata como soluto e uma estrutura cristalina CFC.
A solução sólida que compõe a fase β também possui uma estrutura cristalina CFC, mas nela o cobre é o soluto.
Tecnicamente cobre pura e prata pura são considerados as fases α e β, respectivamente.
O limite de solubilidade para a fase alpha corresponde à curva de fronteira (CBA).
A linha horizontal BEG, paralela ao eixe das composições e se entendendo até as posições de solubilidade máxima, também pode ser considerada uma curva solidus; ela representa a temperatura mais baixa na qual uma fase líquida pode existir para qualquer liga cobre-prata que se encontre em equilíbrio.
Para se determinar as composições das fases, deve-se usar a regra da alavanca, já enunciada anteriormente.
À medida que a prata é adicionada ao cobre, a temperatura na qual a liga se torna totalmente liquida diminui ao longo da curva liquidus (AE), o mesmo ocorre para o cobre (FE). Essas curvas se encontram no ponto E, o chamado ponto invariante, onde ocorre a composição de prata e de cobre na qual os dois fundem a uma mesma temperatura.
As fases α, β e liquido estão em equilibro somente sobre a linha isoterma do diagrama. As regiões monofásicas estão sempre separadas umas das outras por uma região bifásica.
Na região α + β, ocorre uma redistribuição por mecanismos de difusão das composições de α e de β, que são diferentes da composição do líquido. A microestrutura do sólido que resulta desta transformação consiste em camadas alternadas (algumas vezes chamadas lamelas), chamada de estrutura eutética.
Fase α eutética: formada após se ultrapassar a isoterma
Fase α primária: formada antes de ultrapassar a isoterma
Calculando composições:
Para uma composição C’4, existem ao longo da linha tracejada dois microconstituintes: o microconstituinte eutético (α + β) e o alpha primário (alpha formado na região α + L).
A fração do microconstituinte eutético, We’, pode ser calculada da seguinte forma:
We’ = WL = P/(P+Q)
A fração do microconstituinte eutético, W α’, pode ser calculada da seguinte forma:
W α’ = Q/(P+Q)
As frações alpha total, W α, e também da fase beta total, Wβ, podem ser calculadas da seguinte forma:
W α = (Q+R)/(P+Q+R) 		Wβ = P/(P+Q+R)
Aços
As Ligas Ferrosas são aquelas em que o ferro é o componente principal. Essas ligas são especialmente importantes como materiais em engenharia. O aço é uma liga ferrosa, formada por ferro e carbono.
As estruturas Cristalinas de Ferro
De Tamb até 912°C
Cúbica de corpo centrado
Ferrita ou alpha-Ferro
A concentração de carbono na ferrita e muito baixa! Cerca de 0,022%wtf
De 912°C até 1394°C
Cúbica de face centrada
Austenita ou gama-ferro
A concentração de carbono na Austenita é cerca de 2,7x maior que na ferrita, cerca de 2,11%wtf!
Temperatura de fusão
1538°C
AÇOS COM BAIXO TEOR DE CARBONO
São produzidos em maior quantidade. As microestruturas consistem nos microconstituintes ferrita e perlita. Como consequência, essas ligas são relativamente moles e fracas, porém possuem uma ductilidade e uma tenacidade excepcionais.
Exemplos: carcaças de automóveis, chapas usadas em tubulações, edificações, pontes e latas estanhadas.
Outro grupo de ligas com baixo teor de carbono são os aços de alta resistência e baixa liga. Eles contem outros elementos de liga tais como o cobre, o vanádio, o níquel e o molibdênio, em concentrações combinadas. Possuem maior resistência do que os aços comuns ao carbono com baixo teor de carbono. A maioria pode ter sua resistência aumentada mediante tratamento térmico. Ademais eles são dúcteis e conformáveis.
Exemplos: torres, pontes, colunas de suporte em prédios altos e vasos de pressão.
AÇOS COM MÉDIO TEOR DE CARBONO
Possuem uma concentração e carbono entre 0,25 e 0,60%p. Possuem baixa endurecibilidade e podem ser tratados termicamente. Adições de cromo, níquel e molibdênio favorecem o tratamento térmico. Essas ligas termicamente tratadas são mais resistentes que os aços com baixo teor de carbono, porém com o sacrifício de ductilidade e tenacidade.
Exemplos: rodas e trilhos de trem, engrenagens, virabrequins e outras peças de máquinas.
AÇOS COM ALTO TEOR DE CARBONO
Possuem normalmente teores de carbono entre 0,60 e 1,4%p, são os mais duros, mais resistentes, porém os menos dúcteis. Contem geralmente cromo, vanádio e molibdênio.
Exemplos: ferramentas de corte e matrizes para modelação e conformação de materiais.
AÇOS INOXIDÁVEIS
São altamente resistentes corrosão. Seu elemento de liga predominante é o cromo de pelo menos 11%p.
Os ácidos inoxidáveis são divididos em três classes: martensítica, ferrítica e austenítica.
A cementita(Fe3C) é um composto metaestável.
DIAGRAMA EUTETÓIDE FERRO – CARBONO
Características principais:
Fases de Ferro puro:
Tamb – 912°C → Fe na forma de Ferrita (α-Ferro, CCC).
912 – 1294°C → Fe na forma de Austenita (γ-Ferro, CFC)
1394 á 1598°C → Fe na forma de Delta Ferrita (δ-Ferro, CCC)
Solubilidade do C em Fe
Na fase α – máximo de 0,0022%
Na fase γ – máximo de 2,11%
Cementita (Fe3C)
Composto estável que se forma nas fases α e γ quando a solubilidade é excedida, até 6,7wt% de C.
É dura e quebradiça, a resistência de aços é aumentada pela sua presença.
Perlita : Ferrita e Cementita em lamelas alternadas (Fase α + Fe3C)
A reação eutéticaocorre a 1148°C.
A reação Eutetóide ocorre a 727°C. É extremamente importante no tratamento térmico dos aços.
Classificação dos aços:
0 - 0,008wt%C → Carbono puro
0,008 - 2,11wt%C → Aços (na pratica <1,0wt%)
2,11 – 6,7wt%C → Ferros fundidos (na pratica <4,5wt%)
Diagrama de Fases:
	CONCENTRAÇÃO HIPO-EUTETÓIDE
	
	
	CONCENTRAÇÃO HIPER-EUTETÓIDE
	
	
TRATAMENTOS TÉRMICOS E FASES METAESTÁVEIS
As fases mostradas nos diagramas só são formadas se o resfriamento for lento.
Caso o resfriamento seja rápido, ocorre a formação de fases metaestáveis (fases de não equilíbrio).
Exemplo: Martensita – formada pelo resfriamento abrupto (têmpera) da Austenita (fase extremamente dura).
No resfriamento abrupto em determinadas faixas de concentração de carbono, obtém-se além da martensita, austenita a temperatura ambiente que também é uma fase metaestável, pois “não deveria existir” a esta temperatura.
AÇOS TRIP
A austenita se transforma em martensita devido ao efeito de uma força que causa deformação.
São excepcionalmente resistentes e possuem ductilidade moderada, características de uma alteração em sua rede cristalina. Devido a ação de uma força, a estrutura cristalina muda de CFC(austenita) para CCC(martensita).
Constituídos basicamente por duas fases: martensita e ferrita.
São úteis para proteção de impacto lateral, pois absorvem a energia do impacto protegendo os passageiros.
Exemplo: revestimento interno do carro.