22. Diagramas de Fases pt.1

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Diagramas de Fases
Por que estudar os 
diagramas de fases?
• Os diagramas de fases (diagramas de equilíbrio) relacionam:
Temperatura;
Composição química;
Quantidade das fases em equilíbrio;
• Um diagrama de fase é um “mapa” que mostra quais as fases mais
estáveis para diferentes composições, temperaturas e pressões;
• A microestrutura dos materiais pode ser relacionada e deduzida
diretamente com o diagrama de fases;
Diagramas de Fases
Fases e Diagramas de Fases
• Maioria das aplicações de engenharia usam ligas:
Aço-carbono ( Fe-C);
Aço inoxidável (Fe-C-Cr-Ni);
Outras baseadas em Al, Cu, Co, Ni, Ti;
• Ligas podem ser: 
Monofásicas;
Polifásicas. 
Conceitos Básicos –
Diagramas de Fases
• São mapas que permitem prever a microestrutura de um material em
função da temperatura e composição de cada componente;
• Informações sobre fenômenos de fusão, fundição, cristalização e
outros;
• Correlação entre microestrutura e propriedades mecânicas
Desenvolvimento de uma microestrutura está relacionado às
características de seu diagrama de fases;
Conceitos Básicos - Componentes
• Metais puros, elementos químicos ou compostos que compõem uma
liga;
Ex.: latão (Cu-Zn) → Os componentes são o Cu e o Zn;
Conceitos Básicos - Sistema
• Série de possíveis ligas que consistem no mesmo componentes,
porém independente da composição da liga;
Ex: Sistema Ferro-Carbono;
• Sistemas com uma única fase → homogêneo;
• Sistemas com duas ou mais fases → Misturas ou sistemas
heterogêneos (maioria das ligas metálicas);
• As propriedades de um sistema multifásico são diferentes das
propriedades individuais das fases presentes
Carolina
Realce
Carolina
Realce
Carolina
Realce
Conceitos Básicos – Limite 
de Solubilidade
• É a concentração máxima de átomos de soluto que pode se dissolver
no solvente para formar uma solução sólida;
Ex. sistema açúcar-água (C12H12O11-H2O)
O limite de solubilidade dependerá da temperatura da água
Conceitos Básicos – Limite 
de Solubilidade
• Solubilidade do açúcar (C12H12O11) em uma mistura açúcar-água:
Conceitos Básicos - Fase
• Porção da matéria cujo volume é fisicamente homogêneo e que
apresenta uma superfície que o separa mecanicamente de quaisquer
outras fases;
• Porção homogênea de um sistema que possui características físicas e
químicas uniformes;
Ex.: a água pode ocorrer em três fases: líquida, sólida (gelo) e vapor.
Conceitos Básicos - Fase
Ex.: a água pode ocorrer em três 
fases (diagrama de fase 
monocomponente)
Conceitos Básicos - Fase
• Uma fase tem as seguintes características:
1. Mesma estrutura ou arranjo atômico;
2. Aproximadamente a mesma composição química e propriedades;
3. Uma interface entre a própria fase e as fases vizinhas ou regiões
adjacentes.
Carolina
Realce
Conceitos Básicos - Equilíbrio
• Em termos “MACROSCÓPICOS” –> O equilíbrio ocorre no sistema
quando suas PROPRIEDADES E ESTRUTURAS NÃO MUDAM COM O
TEMPO;
• Tende a permanecer nas condições em que se encontra
indefinidamente, a não ser que seja perturbado externamente;
Carolina
Realce
Conceitos Básicos - Equilíbrio
• Em termos “TERMODINÂMICOS” – O equilíbrio ocorre QUANDO SUA
ENERGIA LIVRE É MÍNIMA;
• Consideradas as condições de temperatura, pressão e composição em
que ele se encontra;
• Alterações nessas condições, resultam numa alteração da energia
livre, e o sistema pode espontaneamente se transformar para outro
estado de equilíbrio;
• Outro estado no qual a energia livre seja mínima para as novas
condições de temperatura, pressão e composição;
Carolina
Realce
Conceitos Básicos –
Estruturas Metaestáveis
• Diagramas de fase/equilíbrio dão informações a respeito das
condições de equilíbrio dos sistemas em diversas condições;
• Mas não informam nada a respeito do TEMPO necessário para que as
condições de equilíbrio sejam atingidas;
• É muito comum que em sistemas sólidos o tempo para se atingir o
equilíbrio seja muito longo;
• Um sistema pode permanecer longo tempo em condições fora do
equilíbrio - nessas condições o sistema é chamado de METAESTÁVEL;
Conceitos Básicos –
Estruturas Metaestáveis
• Uma estrutura METAESTÁVEL pode permanecer inalterada ou
somente sofrer pequenas alterações ao longo do tempo;
• Pode acontecer (e isso é muito comum) que todo o período de
utilização de um material aconteça em condições metaestáveis (fora
das condições de equilíbrio termodinâmico);
• Por isso, em termos práticos, sistemas metaestáveis podem ter
grande aplicação;
Fases e Diagramas de Fases
• Em ligas metálicas, a microestrutura é caracterizada:
Pelas fases presentes e por suas proporções;
Pela maneira pela qual elas estão distribuídas ou arranjadas.
• Depende:
Elementos de liga presentes;
Concentração dos elementos;
Tratamento térmico.
Sistemas com 
Um Único Componente
• O equilíbrio entre duas fases num sistema mono-componente chama-
se EQUILÍBRIO UNIVARIANTE;
• Ex: Diagrama de Fases da água