Diagrama de Fases Binarios

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Ciência dos Materiais
Diagrama de Fases
Prof. Guilherme Stocco
Diagrama de Fases de um
Componente
• Provavelmente, o tipo mais simples e mais fácil de
diagrama de fases para ser compreendido é aquele para
um sistema com um único componente, no qual a
composição é mantida constante (isto é, o diagrama de
fases para uma substância pura);
• isso significa que a pressão e a temperatura são as
variáveis. Esse diagrama de fases para um único
componente (ou diagrama de fases unário) [algumas vezes
também chamado diagrama pressão-temperatura (ou P-T)]
é representado como um gráfico bidimensional da pressão
(nas ordenadas, ou eixo vertical) em função da temperatura
(nas abscissas, ou eixo horizontal). Mais frequentemente, o
eixo da pressão é traçado em escala logarítmica.
• Os diagramas de fases pressão-temperatura
para diversas substâncias foram determinados
experimentalmente, nos quais também estão
presentes as regiões para as fases sólido,
líquido e gás. Naqueles casos em que existem
múltiplas fases sólidas, o diagrama tem uma
região para cada fase sólida e também outros
pontos triplos.
Diagramas de Fases Binários
• Outro tipo de diagrama de fases extremamente
comum é aquele em que a temperatura e a
composição são os parâmetros variáveis,
enquanto a pressão é mantida constante –
normalmente em 1 atm.
• Existem vários tipos de diagramas diferentes, mas
vamos nos concentrar nas ligas binárias – aquelas
com dois componentes. Se mais de dois
componentes estiverem presentes, os diagramas
de fases se tornam extremamente complicados e
difíceis de serem representados.
• Uma explicação dos princípios que regem os
diagramas de fases e sua interpretação pode ser
obtida por meio das ligas binárias, apesar de a
maioria das ligas conterem mais que dois
componentes.
• Os diagramas de fases binários são mapas que
representam as relações entre a temperatura e as
composições e quantidades das fases em
equilíbrio, as quais influenciam a microestrutura
de uma liga.
• Muitas microestruturas se desenvolvem a partir 
das transformações de fases, que são as 
alterações que ocorrem quando a temperatura é 
modificada (normalmente, durante o resfria-
mento). 
• Isso pode envolver a transição de uma fase em 
outra, ou o aparecimento ou desapareci- mento 
de uma fase. Os diagramas de fases binários são 
úteis para prever as transformações de fases e as 
microestruturas resultantes, que podem ser de 
equilíbrio ou fora de equilíbrio.
Sistemas Isomorfos Binários
• Possivelmente, o 
tipo de diagrama de 
fases binário mais 
fácil de ser 
compreendido e 
interpretado é 
aquele 
caracterizado pelo 
sistema cobre-
níquel
• A temperatura é traçada ao longo da
ordenada e a abscissa representa a
composição da liga, em porcentagem em peso
(escala inferior) e em porcentagem atômica
(escala superior) de níquel.
• A composição varia entre 0%p Ni (100%p Cu),
na extremidade horizontal à esquerda, e
100%p Ni (0%p Cu), à direita.
• Três regiões, ou campos, de fases diferentes
aparecem no diagrama: um campo alfa (α),
um campo líquido (L) e um campo bifásico α +
L. Cada região é definida pela fase ou pelas
fases que existem ao longo das faixas de
temperaturas e composições delimitadas
pelas curvas de fronteira entre as fases.
• O líquido L é uma solução líquida homogênea
composta tanto por cobre quanto por níquel.
A fase α é uma solução sólida substitucional,
contendo átomos de Cu e de Ni, e com uma
estrutura cristalina CFC.
• Em temperaturas abaixo de aproximadamente
1080°C, o cobre e o níquel são mutuamente
solúveis entre si no estado sólido para todas
as composições.
• Essa solubilidade completa é explicada pelo
fato de que tanto o Cu quanto o Ni possuem a
mesma estrutura cristalina (CFC), raios
atômicos e eletronegatividades praticamente
idênticos, e valências semelhantes.
• O sistema cobre-níquel é denominado
isomorfo devido a essa completa solubilidade
dos dois componentes nos estados líquido e
sólido.
• Alguns comentários são importantes em relação à
nomenclatura. Em primeiro lugar, para as ligas
metálicas, as soluções sólidas são designadas
usualmente por letras gregas minúsculas (α, β, γ, etc.).
• Além disso, em relação às fronteiras entre as fases, a
curva que separa os campos das fases L e α + L é
denominada linha liquidus, como indicado na Figura
anterior; a fase líquida está presente em todas as
temperaturas e composições acima dessa curva.
• A linha solidus está localizada entre as regiões α e α +
L, e abaixo dela existe somente a fase sólida α.
• Para a Figura anterior, as linhas solidus e liquidus
se interceptam nas duas extremidades de
composição; esses pontos correspondem às
temperaturas de fusão dos componentes puros.
• Por exemplo, as temperaturas de fusão do cobre
puro e do níquel puro são de 1085°C e 1453°C,
respectivamente.
• O aquecimento do cobre puro corresponde a um
movimento vertical, para cima, ao longo do eixo
da temperatura à esquerda. O cobre permanece
sólido até ser atingida sua temperatura de fusão.
• A transformação de sólido para líquido ocorre na
temperatura de fusão, e nenhum aquecimento
adicional é possível até que essa transformação
tenha sido completada.
• Para qualquer composição que não aquelas dos
componentes puros, esse fenômeno de fusão
ocorrerá ao longo de uma faixa de temperaturas
entre as linhas solidus e liquidus; as duas fases,
sólido α e líquido, estarão em equilíbrio nessa
faixa de temperaturas.
• Por exemplo, ao se aquecer uma liga com
composição de 50%p Ni-50%p Cu, a fusão tem
início a aproximadamente 1280°C (2340°F); a
quantidade da fase líquida aumenta
continuamente com a elevação da
temperatura até aproximadamente 1320°C
(2410°F), quando a liga fica completamente
líquida.