Microestrutura dos Materiais

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Microestrutura dos 
Materiais 
 (Fases)‏ 
4-1 INTRODUÇÃO 
 A MICROESTRUTURA compreende o estudo das fases presentes em um material. Essas são 
avaliadas quanto a sua natureza, composição, quantidade, tamanho, forma, distribuição e 
orientação. 
ESTRUTURA PROPRIEDADES 
CIÊNCIA DOS MATERIAIS 
ESTRUTURA ATÔMICA 
ESTRUTURA CRISTALINA 
MICROESTRUTURA 
 
– DIVISÃO DA ESTRUTURA NOS MATERIAIS 
 
4-1 INTRODUÇÃO 
4-1 INTRODUÇÃO 
• A Microestrutura de um material pode ser alterada para se fazer 
uso de propriedades mais adequadas em determinadas 
aplicações 
 
• Como alterar a microestrutura? 
– deformação plástica; 
– recristalização; 
– adição de novas fases; 
– manipulação das fases (quantidades, proporções, tamanho 
e distribuição). 
4-1 INTRODUÇÃO 
Diversas microestruturas: 
4-1 INTRODUÇÃO 
Algumas microestruturas: 
Microestrutura de uma única fase 
de um molibdênio puro, com 
muitos grãos de composição 
uniforme (200x). 
Microestrutura de duas fases da 
perlita (aço com 0,8% de C), 
apresenta camadas alternadas de 
ferrita e cementita (500x). 
4-1 INTRODUÇÃO 
Nas microestruturas (a) e (b), pode-se verificar: 
- fases, proporção, tamanho 
- forma, distribuição análise da microestrutura 
- orientação 
 CRITÉRIOS DE ANÁLISE DA MICROESTRUTURA 
Diferentes fases são 
apresentadas como: 
- cristalina ou não (fase 
vítrea), 
- orientada ou não, 
- fase vítrea, etc. 
 FASE É A PORÇÃO HOMOGÊNEA DE UM SISTEMA QUE TEM 
IGUAL COMPOSIÇÃO QUÍMICA, ESTRUTURA CRISTALINA E 
INTERFACES COM O MEIO 
4-2 CRITÉRIOS DE ANÁLISE DA 
MICROESTRUTURA 
Os CRITÉRIOS DE ANÁLISE da microestrutura são: 
1. FASES PRESENTES 
2. COMPOSIÇÃO DAS FASES 
3. PROPORÇÃO DAS FASES 
4. TAMANHO (DISTRIBUIÇÃO DE 
TAMANHO) DAS FASES 
5. DISTRIBUIÇÃO DAS FASES 
6. FORMA DAS FASES 
7. ORIENTAÇÃO DAS FASES 
-Em um projeto de engenharia, 
procura-se manter a 
microestrutura de um material 
sob controle, sendo estes 
critérios os parâmetros de 
análise da microestrutura. 
-As propriedades de um material 
vão variar de acordo com a 
variação de qualquer um destes 
critérios no material. 
4-6 DIAGRAMA DE FASES 
4.6.1 Diagramas 
 Solubilidade do sal na água em função da temperatura: 
 DIAGRAMA DE FASES 
4-6 DIAGRAMA DE FASES 
4.6.1 Diagramas 
 Quando o limite de 
solubilidade é 
ultrapassado, forma-se uma 
segunda fase com 
composição distinta a 
solução líquida, já saturada. 
No caso, salmoura + sal. 
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 líquida, no caso salmoura 
O DIAGRAMA DE FASES FORNECE INFORMAÇÕES SOBRE OS 
SEGUINTES CRITÉRIOS DE ANÁLISE DA MICROESTRUTURA: 
 
1. FASES PRESENTES 
2. COMPOSIÇÃO DAS FASES 
3. PROPORÇÃO DAS FASES 
4-6 DIAGRAMA DE FASES 
4.6.1 Diagramas 
Miscibilidade Limitada: mistura água + açúcar 
4-6 DIAGRAMA DE FASES 
4.6.1 Diagramas 
A 
B 
C 
 Quantas fases estão 
presentes em cada um 
dos sistemas A, B, C 
indicados na figura? 
 Qual a composição 
de cada fase em cada 
sistema? 
Qual a proporção de 
cada fase nos sistemas 
acima? 
 REGRA DA ALAVANCA 
4.6.2 Regra da Alavanca 
 
 FASES PRESENTES, PROPORÇÃO E COMPOSIÇÃO 
 PARA O PONTO C: 
X Y 
YO x 100 =%xarope 
XY 
XO x 100 =% açúcar 
XY 
PROPORÇÃO DAS FASES NO 
XAROPE 2 
% açúcar no xarope X COMPOSIÇÃO DO XAROPE 3 
FASES 
PRESENTES 1 
O 
Composição inicial da mistura 
4-6 DIAGRAMA DE FASES 
4.6.2 Regra da Alavanca 
Exemplo: Determine as fases presentes, proporção e composição para o 
diagrama Água+Açúcar na T 15°C com composição inicial 25% de H2O e 
75% de açúcar. 
4-6 DIAGRAMA DE FASES 
Fases Presentes: xarope (açúcar e água) 
 sólido (açúcar) 
Proporção das Fases - Regra da Alavanca 
 % açúcar = xo = 75-67 *100= 24,2% 
 xy 100-67 
% xarope = oy = 100-75 *100= 75,8% 
 xy 100-67 
Y Composição das Fases: - interseção 
 com limite de solubilidade 
 Xarope: 67% açúcar e 33% de água 
 Sólido: 100% açúcar 
 67 
x o 15ºC 
•Todo diagrama de fases de solução sólida ilimitada possui as linhas 
LIQUIDUS e SOLIDUS 
LINHA LIQUIDUS: determina o lugar geométrico das temperaturas acima 
das quais se tem somente líquido 
LINHA SOLIDUS: determina o lugar geométrico das temperaturas abaixo 
das quais se tem somente sólido 
4-6 DIAGRAMA DE FASES 
4.6.3 Diagrama de Fases de Solução Sólida Ilimitada 
Solução sólida ilimitada 
Diagrama de fase binário mostrando a total miscibilidade de A em B 
Fases presentes: 
 L - líquido 
 SS - sólida 
Componentes: 
 A e B 
Linhas: 
 Liquidus 
 Solidus 
4-6 DIAGRAMA DE FASES 
4.6.3 Diagrama de Fases de Solução Sólida Ilimitada 
Microestruturas características de diferentes regiões em um diagrama de fases com 
com solução ilimitada. 
4-6 DIAGRAMA DE FASES 
4.6.3 Diagrama de Fases de Solução Sólida Ilimitada 
Exemplo de diagrama de solução sólida ilimitada: Cu Ni 
4-6 DIAGRAMA DE FASES 
4.6.3 Diagrama de Fases de Solução Sólida Ilimitada 
Exemplo: Determine as fases presentes, proporção e composição para o 
diagrama Cu Ni na T 1250°C com composição inicial de 40%Ni 60%Cu. 
4-6 DIAGRAMA DE FASES 
4.6.3 Diagrama de Fases de Solução Sólida Ilimitada 
 
 Proporção das Fases: Regra da Alavanca 
 % L = 43-40 *100 = 30% 
 43-33 
 %  = 40-33 *100= 70% 
 43-33 
 
Fases Presentes: L,  
Composição das Fases: Interseção 
com solidus e liquidus 
L 33% Ni e 77% Cu 
 43% Ni e 57% Cu 
43 
33 
Exemplo: Desenhe a microestrutura esperada para o diagrama Cu Ni 
durante a solidificação de uma liga 40%Ni 
4-6 DIAGRAMA DE FASES 
4.6.3 Diagrama de Fases de Solução Sólida Ilimitada 
Desenvolvimento 
da microestrutura 
de uma liga 40% de 
Ni durante o 
resfriamento em 
EQUILÍBRIO 
Mudança na 
estrutura de 
uma liga com 
40% de Cu, 
durante a 
solidificação em 
NÃO 
EQUILÍBRIO 
Diagrama Cu Ni  solidificação da liga 40%Ni considerando 
condições reais 
4-6 DIAGRAMA DE FASES 
4.6.3 Diagrama de Fases de Solução Sólida Ilimitada 
4-6 DIAGRAMA DE FASES 
4.6.5 Diagrama de Fases sem Solução Sólida 
Diagrama de fase de eutético binário sem solução sólida 
 Componentes que formam o 
sistema: A e B 
 A + B: são sólidos mas imiscíveis 
 L - fase líquida (mistura A+B) 
 Linha liquidus 
 Linha solidus (horizontal sobre T 
eutética) o material está totalmente 
fundido na composição eutética 
 
4-6 DIAGRAMA DE FASES 
4.6.5 Diagrama de Fases sem Solução Sólida 
Diagrama de fase de eutético binário sem solução sólida 
REAÇÃO EUTÉTICA: 
L A + B (sólidos) 
Fases: 1 líquida e 2 sólidas 
 Temperatura eutética 
 Composição eutética 
 Linha liquidus 
 Linha solidus = Temperatura 
 eutética 
 Ex: Al-Si 
Diagrama de fase de eutético binário de solução sólida ilimitada 
Microestruturas características de diferentes regiões em um diagrama de fases binário 
de eutético sem solução sólida. 
4-6 DIAGRAMA DE FASES 
4.6.5 Diagrama de Fases sem Solução Sólida 
Camadas alternadas de A 
e B no sólido. 
4-6 DIAGRAMA DE FASES 
4.6.5 Diagrama de Fases sem Solução Sólida 
Exemplo: Determine as fases presentes, proporção e composição para o 
diagrama abaixo, no ponto indicado. 
25 
50 
75 
C 
4-6 DIAGRAMA DE FASES 
4.6.5 Diagrama de Fases sem Solução Sólida 
Exemplo: Determine as fases presentes, proporção e composição para o 
diagrama abaixo, no ponto indicado. 
25 
50 
75 
 
 Proporção das Fases: 
 % L = 100-75 *100 = 41,67% 
 100-40 
 % B = 75-40 *100= 58,33% 
 100-40 
 
Fases Presentes: L 
 B 
Composição das Fases: interseção liquidus 
 L 40% B e 60% A 
 B 100% B 
C 
40 
4.6.6Diagrama de Fases de Solução Sólida limitada 
Diagrama de fase de eutético binário de solução sólida limitada 
Componentes: 
A e B 
Fases: 
L - líquido 
 - solução sólida de B em A 
 - solução sólida de A em B 
Linhas: 
SOLVUS: limite de solubilidade de A em B 
ou de B em A 
Liquidus 
Solidus 
Liquidus 
Solidus 
Solvus 
4-6 DIAGRAMA DE FASES 
Microestruturas características de diferentes regiões em um diagrama de fases de 
eutético binário com solução sólida limitada. 
4.6.6 Diagrama de Fases de Solução Sólida limitada 
4-6 DIAGRAMA DE FASES 
Exemplo: Diagrama Pb Sn 
4.6.6 Diagrama de Fases de Solução Sólida limitada 
Líquido  +  
LINHA SOLVUS 
REAÇÃO EUTÉTICA: 
4-6 DIAGRAMA DE FASES 
4.6.6 Diagrama de Fases de Solução Sólida limitada 
Exemplo: Determine as fases presentes, proporção e composição para 
uma liga Pb-10Sn nas temperaturas de 350°C, 300°C, 200°C e 100°C. 
4-6 DIAGRAMA DE FASES 
4.6.6 Diagrama de Fases de Solução Sólida limitada 
Exemplo: Determine as fases presentes, proporção e composição para 
uma liga Pb-10Sn nas temperaturas de 350°C, 300°C, 200°C e 100°C. 
A 
B 
C 
D 
 
 Proporção das Fases: 
 % L = 100% líquido 
 
Fases Presentes: L 
 
 Composição das Fases: 
 L 10% Sn e 90% Pb 
 
A - 350°C 
Ciência dos Materiais-DEMAT-EE-UFRGS 
4-6 DIAGRAMA DE FASES 
4.6.6 Diagrama de Fases de Solução Sólida limitada 
Exemplo: Determine as fases presentes, proporção e composição para 
uma liga Pb-10Sn nas temperaturas de 350°C, 300°C, 200°C e 100°C. 
A 
B 
C 
D 
B - 300°C 
 
 Proporção das Fases: 
 % L = 10-5 *100 = 38,46% 
 18-5 
 %  = 18-10 *100= 61,54% 
 18-5 
 
Fases Presentes: L 
  
Composição das Fases: interseção 
solvus e liquidus 
 L 18% Sn e 82% Pb 
  5% Sn e 95% Pb 
4-6 DIAGRAMA DE FASES 
4.6.6 Diagrama de Fases de Solução Sólida limitada 
Exemplo: Determine as fases presentes, proporção e composição para 
uma liga Pb-10Sn nas temperaturas de 350°C, 300°C, 200°C e 100°C. 
A 
B 
C 
D 
C - 200°C 
 
 Proporção das Fases: 
 %  = 100% sólido  
 
Fases Presentes:  
 
 Composição das Fases: 
  10% Sn e 90% Pb 
 
4-6 DIAGRAMA DE FASES 
4.6.6 Diagrama de Fases de Solução Sólida limitada 
Exemplo: Determine as fases presentes, proporção e composição para 
uma liga Pb-10Sn nas temperaturas de 350°C, 300°C, 200°C e 100°C. 
A 
B 
C 
D 
D - 100°C 
 
 Proporção das Fases: 
 %  = 99,9-10 * 100 = 93,74% 
 99,9-4 
 %  = 10-4 * 100= 6,26% 
 99,9-4 
 
Fases Presentes:  
  
 Composição das Fases: 
  4% Sn e 96% Pb 
  99,9% Sn e 0,1% Pb 
4-6 DIAGRAMA DE FASES 
4.6.6 Diagrama de Fases de Solução Sólida limitada 
Microestruturas durante o resfriamento de uma 
liga com 1% de Sn. 
4-6 DIAGRAMA DE FASES 
Microestruturas durante o resfriamento de uma 
liga com 10% de Sn. 
4.6.6 Diagrama de Fases de Solução Sólida limitada 
4-6 DIAGRAMA DE FASES 
4.6.9 Diagrama de fases do sistema Fe C 
Ferros 
Família dos aços 
Família dos ferros fundidos 
Soluções sólidas: 
 Ferro  
 Austenita  
 Ferrita  
Composto estequiométrico: 
 Cementita Fe3C 
Reações: 
 peritética 
 eutética 
 eutetóide 
4-6 DIAGRAMA DE FASES 
4.6.9 Diagrama de fases do sistema Fe C 
 
fofos aços 
Fe 
4-6 DIAGRAMA DE FASES 
4.6.9 Diagrama de fases do sistema Fe C 
Soluções sólidas: 
Ferro : 
solução sólida de C em FeCCC 
Austenita : 
solução sólida de C em FeCFC 
(máxima solubilidade: 2,11%C a 1148oC) 
Ferrita : 
solução sólida de C em FeCCC 
(máxima solubilidade: 0,02%C a 727oC) 
 
Composto estequiométrico: 
Cementita Fe3C 
93,33%Fe e 6,67%C 
4-6 DIAGRAMA DE FASES 
4.6.9 Diagrama de fases do sistema Fe C 
Característica das soluções sólidas do sitema Fe C: 
 Ferro  
solução sólida de C em FeCCC 
 Austenita  
solução sólida de C em FeCFC 
 
 
 Ferrita  
solução sólida de C em FeCCC 
 
4-6 DIAGRAMA DE FASES