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Ciência dos Materiais II
4º Período
Carga horária semestral: 36h
EMENTA
 Diagramas de equilíbrio de fases:
Diagramas de Fases de Substâncias Puras. Diagramas Binários Isomorfos. Diagramas Binários
Eutéticos com Soluções Sólidas Terminais. Diagramas Binários Complexos com Soluções
Sólidas Intermediárias.
 Transformações de fases nos metais:
Transformações Alotrópicas. Fusão e solidificação. Reações eutéticas. Reações eutetóides.
Reações peritéticas.
 Os aços e suas aplicações:
Aços para construção mecânica. Aços para ferramentas e matrizes. Aços resistentes à
corrosão.
BIBLIOGRAFIA:
CALLISTER Jr., W. D. Materials Science and Engineering - An Introduction; John Wiley & Sons,
Inc. : New York, 2006, 832 páginas.
ASKELAND, D. R.; PHULÉ, P. P. Ciência e Engenharia dos Materiais; Cengage Learning : São
Paulo, 2011, 594 páginas.
COSTA E SILVA, A. L. V.; MEI, P. R. Aços e Ligas Especiais; Edgard Blücher : São Paulo, 2006,
646 páginas.
Introdução
5
Microestrutura Propriedades
Processamento
Desempenho
6
Processamento Estrutura Propriedades Desempenho
Classes de
materiais:
• Metais
Fundição
Usinagem
Conformação
• Cerâmicas
Sinterização
Fusão
• Polímeros
Injeção
Extrusão
Sopro
•Semicondutores
Implantação Iônica
Escalas de tamanho:
• Nanométrica
visível (sonda)
≥ 0,001 μm (1 nm)
nanoestrutura
• Micrométrica
visível (lentes)
≥ 0,001 mm (1 μm)
microestrutura
• Macrométrica
visível (a olho nú)
≥ 1 mm macroestrutura
Mecânicas
Elétricas
Térmicas
Magnéticas
Óticas
•Rigidez
•Resistência
•Condutividade Elétrica
•Constante Dielétrica
•Capacidade calorífica
•Condutividade térmica
•Permeabilidade
•Remanência
•Absorção
•Reflexão
7
Nanométrica Micrométrica Macrométrica
ESCALAS DE TAMANHO
8
ESCALAS DE TAMANHO
9
Al2O3 : monocristal (transparente), policristal denso (translúcido) e policristal poroso (opaco)
CORRELAÇÃO ESTRUTURA-PROPRIEDADE
Exemplos de materiais usados no projeto e produção de
produtos
• Plásticos
• Madeira
• Compósitos
• Cerâmicas
• Metais
• Tecido
Materiais
As propriedades de um material dependem do que ?
Prof. Luciano AlkminTéc. Mecânica - Ciência dos Materiais II
As propriedades de um material dependem do que ?
 Material – Composição química;
 Processamento;
 Presença de defeitos;
 Condições de solicitação – Temperatura e pressão;
 Fases presentes;
 Entre outros.
Diagrama de fases
Diagrama de Fases
Diagramas de fase são mapas que permitem prever a microestrutura de um
material em função da temperatura e composição de cada componente.
Fase é uma parte homogênea no material que tem propriedades físicas e químicas
uniformes.
Exemplos:
Mistura água/gelo:
Quimicamente idênticas – H20
Fisicamente distintas – líquido e sólido
Mistura água/açúcar, formando precipitado:
Quimicamente distintas – solução H20/açúcar e açúcar puro
Fisicamente distintas – solução em fase líquida e fase sólida
Diagrama de Fases
Diagrama de Fases
Definições
Componente: são elementos puros e/ou compostos dos quais uma liga é constituída.
Solvente e Soluto: Solvente representa o elemento ou composto que está presente em
maior quantidade e Soluto é usado para denotar um elemento ou composto presente em
menor quantidade.
Solução Sólida: fase sólida formada por uma combinação de vários elementos (ou
compostos), que possui composição uniforme e propriedades espécíficas.
Sistema: no contexto dos diagramas de fases, sistema pode referir-se a um específico
corpo de material sob consideração em determinandas condições (fechado/isolado)
Diagrama de Fases
Limite de Solubilidade
Diagrama de Fases
 Corresponde à concentração máxima que se pode atingir de um soluto
dentro de um solvente.
 O limite de solubilidade depende da temperatura. Em geral, cresce com a
temperatura.
Diagrama de Fases
Solubilidade (dada pela linha solvus)
A quantidade de um material (elemento) que se dissolve completamente em
outro sem a criação de uma nova fase.
Solubilidade ilimitada
Quando não existe restrição na quantidade de material (elemento soluto) que se
dissolve em outro (elemento solvente). Não ocorre a formação de uma segunda
fase.
Solubilidade limitada
Quando apenas uma determinada quantidade de soluto pode ser dissolvida no
elemento solvente. Ultrapassado o limite de solubilidade haverá a formação de
uma segunda fase.
Diagrama de Fases
Solubilidade ilimitada: Quando não existe restrição na quantidade de
material (elemento soluto) que se dissolve em outro (elemento solvente).
Regras de Hume-Rothery
1. Tamanho atômico (ou iônico) similar – no máximo 15%;
2. Estrutura cristalina idêntica;
3. Mesma valência;
4. Eletronegatividade semelhante.
Diagrama de Fases
Solubilidade ilimitada:
Diagrama de Fases
Solubilidade limitada:
Diagrama de Fases
Solubilidade limitada:
Diagrama de Fases
Diagrama de fases substâncias puras
Diagrama de fases para um sistema com um componente.
Diagrama de fases binário
Diagrama de fases para um sistema com dois componentes.
Isomorfos (apresenta solução sólida ilimitada em qualquer proporção).
Eutéticos com soluções sólidas terminais.
Complexos com soluções sólidas intermediárias.
Diagrama de fases ternário
Diagrama de fases para um sistema com três componentes.
Diagrama de Fases - Unário
Diagrama de Fases - Binário
Diagrama de Fases - Ternário
Diagramas Unários
Diagrama de Fase de substâncias puras
Diagrama de Fases
Diagrama de Fase de substâncias puras
Diagrama de Fases
O ponto O é chamado de ponto triplo ou ponto invariante, neste ponto as fases sólido,
líquido e vapor estão simultaneamente em equilíbrio umas com as outras. Qualquer
desvio deste ponto, por mudança de pressão ou temperatura, causará o desaparecimento
de pelo menos uma das fases.
Diagrama de Fase de substâncias puras
Diagrama de Fases
FUSÃO
SOLIDIFICAÇÃO
EVAPORAÇÃO
CONDENSAÇÃO
SUBLIMAÇÃO
DEPOSIÇÃO
Diagrama de Fase de substâncias puras
Diagrama de Fases
Diagrama de Fase de substâncias puras
Diagrama de Fases
Diagrama de Fase de substâncias puras
Diagrama de Fases
Diagramas Binários
Isomorfos
Diagramas Binários Isomorfos (Solução sólida ilimitada)
Diagrama de Fases
Diagrama de Fases
Linha liquidus: Temperatura na qual inicia a formação do primeiro sólido
durante solidificação (acima da linha todas as composições são líquidas).
Linha solidus: Temperatura na qual completa a formação do sólido durante
solidificação (abaixo da linha todas as composições são sólidas).
Diagrama de Fases
.Interpretação do Diagrama de Fase:
(1) as fases presentes ?
(2) as composições químicas destas fases ?
(3) as quantidades, porcentagens ou frações das fases ?
Região monofásica
Diagrama de Fases
.Interpretação do Diagrama de Fase:
(1) as fases presentes ?
(2) as composições químicas destas fases ?
(3) as quantidades, porcentagens ou frações das fases ?
Região monofásica
Diagrama de Fases
.Interpretação do Diagrama de Fase:
(1) as fases presentes ?
(2) as composições químicas destas fases ?
(3) as quantidades, porcentagens ou frações das fases ?
Região bifásica
.
.
Linha de ligação (Tie Line)
. Para a composição das fases:
Usa-se a Linha de Ligação
para achar a composição da
fase líquida e da fase sólida !
Prof. Luciano AlkminTéc. Mecânica - Ciência dos Materiais II
. Para a quantidade das fases:
Usa-se a Regra da alavanca.
.
Regra da alavanca
.
Regra da alavanca
Produzir 10 Kg de uma liga apartir de uma
liga Cu-20% Ni e níquel puro, com limite de
escoamento mínimo de 140 Mpa, limite de
resistência à tração mínimo de 420 MPa e
alongamento superiora 20%.
Obs: O níquel é mais caro que o cobre;
Considerar produção por fundição.
‘
Diagramas Binários
Eutéticos
Diagramas Binários Eutéticos com soluções sólidas terminais.
Diagrama de Fases
Diagramas Binários Eutéticos com soluções sólidas terminais.
Diagrama de Fases
Diagrama de Fases
Diagrama de Fases
Téc. Mecânica - Ciência dos Materiais II
Diagrama de Fases
Téc. Mecânica - Ciência dos Materiais II
Diagrama de Fases
Téc. Mecânica - Ciência dos Materiais II
Diagrama de Fases
Téc. Mecânica - Ciência dos Materiais II
Diagrama de Fases
Téc. Mecânica - Ciência dos Materiais II
Diagrama de Fases
Diagrama de Fases
Diagrama de Fases
Diagrama de Fases
Diagrama de Fases
Diagrama de Fases
Prof. Henrique VarellaTéc. Mecânica - Ciência dos Materiais II
Diagrama de Fases
Diagrama de Fases
Diagrama de Fases
Téc. Mecânica - Ciência dos Materiais II
Diagrama de Fases
Exercícios
Exercícios
Fórmulas para cálculo da fração volumétrica do exercício c) para o diagrama Pb-Sn
1) Densidade de cada fase:
2) Fração volumétrica de cada fase:
obs: a massa especifica do chumbo e estanho são 11,23 e 7,24 g/cm³. As composições
do estanho e do chumbo foram encontradas em sala de aula para a temperatura de 150°C.
Resposta:
Diagramas Binários
Diagrama Fe-C
Diagrama Fe-C
FERRO  = FERRITA
•Estrutura= ccc
•Temperatura “existência”=
até 912 C
•Fase Magnética até 768 C
(temperatura de Curie)
•Solubilidade máx do
Carbono= 0,02% a 727 C
FERRO  = AUSTENITA
• Estrutura= cfc (tem +
posições intersticiais)
• Temperatura
“existência”= 912 -
1394C
• Fase Não-Magnética
• Solubilidade máx do
Carbono= 2,14% a
1148C
Diagrama Fe-C
FERRO  = FERRITA 
•Estrutura= ccc
•Temperatura “existência”= acima de 1394C
•Fase Não-Magnética
•É a mesma que a ferrita 
•Como é estável somente a altas temperaturas não apresenta
interesse comercial
Diagrama Fe-C
FERRITA
(ampliação de 90x)
AUSTENITA
(ampliação de 325x)
Diagrama Fe-C
Ponto eutetóide 0,76%C
Ponto eutético 4,3%C
Diagrama Fe-C
Ferro Puro= até 0,02% de Carbono
Aço= 0,02 até 2,14% de Carbono
Diagrama Fe-C
Ferro Fundido= 2,1-4,3% de Carbono
Fe3C (CEMENTITA)= 6,7% de C
Diagrama Fe-C
Aço hipoeutetóide 0,008 - 0,77 %C
Aço eutetóide 0,77%C
Aço hipereutetóide 0,77 - 2,11%C
Diagrama Fe-C
Resfriamento microestrutura eutetóide
Diagrama Fe-C
Resfriamento microestrutura hipoutetóide
Aço hipoeutetóide 0,008 - 0,77 %C
Diagrama Fe-C
Aço hipereutetóide 0,77 - 2,11%C
Diagrama Fe-C
Constituinte Limite de resistência à
tração (Mpa)
Alongamento
(%)
Dureza
Brinell
Ferrita 340 40 90
Perlita 830 10 250-300
Cementita 30 0 650
Diagramas Binários
Complexos com soluções sólidas intermediárias.
Diagramas
Compostos itermediários - Intermetálicos
Diagramas
Reação Peritética :
Diagramas