Aula 4 Diagramas de Fase parte 2

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Curso de Bacharelado em Engenharia 
Prof. Rômulo Martins 
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Recife, 2015.2 
 
Ciência e Tecnologia dos Materiais 
Diagramas de Fases 
PARTE 2 
 
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3.2. DIAGRAMAS DE FASES 
DE DOIS COMPONENTE 
(BINÁRIOS) 
 
 Diagramas de fases binários (tipos): 
 
a) Diagramas ou sistemas ISOMORFOS 
binários; 
 
b) Diagramas ou sistemas EUTÉTICOS 
binários; 
 
 
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Isomorfos: 
Mudança na 
composição das 
fases durante o 
processo de 
solidificação. 
 
EX: Sistema Cu-Ni 
 
35%p Ni – 65%p Cu 
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EX: Refriamento da liga com composição 
35%p Ni-65%p Cu, a partir de 1300⁰C 
- A 1300⁰C, no ponto a, a liga é totalmente liquida (com uma 
composição de 35%p Ni-65%p Cu) e tem uma microestrutura 
representada no detalhe da figura; 
- Conforme o resfriamento começa, nenhuma alteração 
microestrutural ou de composição ocorrerá até que a linha liquidus 
(ponto b, 1260⁰C) seja alcançada; 
- Ponto b:o primeiro sólido alfa começa a se formar, com a 
composição especificada pela linha de amarração traçada nessa 
temperatura (46%pNi-54%pCu); 
- Com o prosseguimento do resfriamento, tanto as composições 
quanto as quantidades relativas de cada uma das fases mudarão. A 
fração da fase alfa aumentará com o prosseguimento do 
resfriamento. 
- A 1250(ponto c) as composições das fases liquida e alfa são 
32%Ni-68%Cu e 43%p Ni- 57%p Cu. 
- Observe que a composição global da liga (35%p Ni-65%p Cu) 
permanece inalterada durante o resfriamento. 
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Propriedades Mecânicas de Ligas 
Isomorfas 
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b)Diagramas Eutéticos binários 
Ex: 
sistema 
Cu-Ag 
 (CFC) 
 (CFC) 
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Exercício – diagramas Eutéticos Binários 
1) Quantas e quais são as regiões monofásicas? 
R: são 3: alfa, beta e Líquida 
2) Qual a diferença entre a fase alfa e beta? 
R: Na fase alfa a Ag é o soluto e o Cu é o solvente; na fase beta o Cu é o soluto 
3) Qual a linha fronteiriça que indica o limite de solubilidade para fase alfa? 
R: curva ABC ou BCA 
5) Qual a solubilidade máxima do cobre na Fase beta? 
R: corresponde ao ponto G. 8,8%p Cu a 779⁰C 
6) Quantas e quais são as regiões bifásicas? 
R: Existem 3 regiões bifásicas:  + L;  + L;  +  
4) Qual a solubilidade máxima da Ag no Cu? E na T ambiente? 
R: corresponde ao ponto B. 8%p Ag a 779⁰C 
7) O que representa o ponto E? 
R: É o ponto invariante, onde ocorre a reação eutética (uma fase L se 
transforma em duas fases sólidas) 
R: Não são solúveis na T ambiente forma-se duas fases sólidas: alfa + beta 
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Interpretação Cu-Ag: 
- Existem 3 regiões monofásicas no diagrama: , e líquido; 
- A fase  (CFC) é rica em cobre; nessa fase a prata é o soluto; 
- A fase  também é CFC mas tem o Cu como soluto; 
- O cobre puro e a prata pura também são considerados como fases 
alfa e beta, respectivamente; 
- O limite de solubilidade da fase  é a linha fronteiriça CBA; ele 
aumenta com o aumento da T até um valor máximo (8%Ag, 779⁰C, 
ponto B, e diminui novamente para zero na T de fusão do Cu puro 
(ponto A); 
- Linha solvus: linha de limite de solubilidade que separa as fases  
e  + ; linhas BC e HG. 
- Linha solidus: é a fronteira AB entre ( e  + L); e fronteira GF; 
- Existem 3 regiões bifásicas:  + L;  + L;  +  
- Conforme a Ag é adicionada ao Cu, a T na qual a liga se torna 
totalmente liquida diminui ao longo da linha liquidus (curva AE). Ou 
seja, a T fusão do Cu diminui com adição da Ag. 
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Interpretação Cu-Ag: 
A composição será 71,9%p Ag a 779⁰C 
- sistema eutético ("facilmente fundida") É o ponto de fusão mais 
baixo possível para uma determinada proporção de uma liga. Ou 
seja durante resfriamento uma fase liquida se transforma em, pelo 
menos, duas fases solidas. Essa composição é conhecida como 
composição eutética e sua temperatura como temperatura eutética. 
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Exercício: a 700⁰C (1290⁰F), qual é a solubilidade 
máxima (a) do Cu na Ag? (b) da Ag no Cu? 
a) 5% b) 5% 
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Exercício: Para uma liga 40%p Sn- 60%p Pb a 150⁰C (300⁰F), (a) 
qual(is) fase(s) está(ão) presente(s)? (b) Qual(is) é(são) a(s) 
composição(ões) dessa(s) fase(s)? (c) determine a porcentagem de 
cada fase 
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RESPOSTA: 
a) Apresenta uma só fase:fase +  
b) composição fase alfa = 11%p Sn- 89%p Pb 
composição da fase beta = 98%p Sn- 2%p Pb 
c) 
M = C- C1 
 C - C  
M = 98 - 40 
 98 - 11 
M = 0,67 
M = C1- C 
 C - C  
M = 40 - 11 
 98 - 11 
M = 0,33 
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Diagramas de fases para o 
Sistema Ferro- carbono 
 
 
 Importante – são os 
principais materiais 
estruturais em toda 
cultura tecnologicamente 
avançada; 
 
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a)Sistema ferro-carbeto de ferro 
(Fe-Fe3C) 
Fe (CCC) 
Fe (CFC) 
Fe (CCC) 
As fases ,  e  são soluções sólidas com Carbono intersticial 
perlita 
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Interpretação Fe-Fe3C: 
-O ferro puro apresenta duas mudanças de estrutura cristalina 
antes de fundir: 
 
Tambiente - ferro  ou FERRITA (CCC) 
 
912⁰C – ferrita sofre polimorfismo para ferrro gamma () ou 
AUSTENITA (CFC) 
 
1394⁰C – austenita se reverte para ferro delta () ou FERRITA 
 (CCC) 
 
1538⁰C - FUSÃO 
 
 
 
- Carbono é uma impureza intersticial do Ferro. 
-Com base na composição, as ligas ferrosas têm 3 classificações: 
a) Ferros (<0,008%p C) 
b) Aços (0,008%p C a 2,14%p C) 
c) Ferros fundidos (> 2,14%p C) 
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Ferro Puro /Formas 
Alotrópicas 
 FERRO  = FERRITA 
 
 Estrutura= ccc 
 
 Temperatura “existência”= 
até 912 C 
 
 Solubilidade máx do 
Carbono= 0,02% a 727 
C 
 FERRO  = AUSTENITA 
 
 Estrutura= cfc (tem + 
posições intersticiais) 
 Temperatura 
“existência”= 912 -
1394C 
 
 Solubilidade máx do 
Carbono= 2,14% a 
1148C 
 
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CEMENTITA (Fe3C) 
 Forma-se quando o limite de solubilidade 
do carbono é ultrapassado (6,7% de C) 
 
 É dura e frágil 
 
 Cristaliza no sistema 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 
Exemplo 
Exemplo de leitura - Aço 1015: 
 
SAE 10XX – aço-carbono simples (outros elementos em porcentagens desprezíveis, 
teor de Mn de no máximo 1,0%); 
 
Terminação 15: 0,15%p C 
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Exercício – diagrama Fe – Fe3C 
1) Qual a solubilidade máxima do C na austenita (Fe) e em que T? 
R: 2,14% p C a 1147 ⁰C ou 2097 ⁰F 
2) O carbono forma solução sólida intersticial tanto na estrutura CCC da ferrita () 
quanto na estrutura CFC da austenita (γ). Explicar porque a solubilidade de C na 
austenita (2,11% C) é muito maior que na ferrita (0,022% C) se o fator de 
empacotamento atômico da austenita (CFC) é maior que da ferrita (CCC). 
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