aula 3 diagrama de fases

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PÓS-GRADUAÇÃO EM 
ENGENHARIA METALÚRGICA
Metalurgia Física
Autor: Clarissa L. Lopes adpto: Kassim Shamil 
Fadhil Al Rubaie
Prof.º Clarissa L. Lopes
DIAGRAMAS DE FASES 
Parte 3
Diagrama de fases ou de equilíbro são mapas que permitem 
prever a microestrutura, composição e quantidade fase de 
um material em função da temperatura e composição de cada 
componente.
A introdução de elementos de liga 
no material
– Altera a composição
– Influencia no modo de 
solidificação.
Diagramas de Fases
Fase e Solubilidade
fases da água: 
sólida, líquida 
e gasosa água e álcool 
solubilidade 
ilimitada
Sal e água 
solubilidade limitada
Água e óleo não 
há solubilidade.
Solubilidade ilimitada
Fase e Solubilidade
Independente da quantidade de um ou outro 
componente haverá somente uma fase
Solubilidade limitada
Fase e Solubilidade
1. A mesma estrutura ou arranjo atômico;
2. Aproximadamente a mesma composição química e
propriedades; e
3. Uma interface entre a própria fase e as fases vizinhas ou
região adjacentes.
Fase
Equilíbrio - Estável e Metaestável
Equilíbrio estável ou equilíbrio de fases:
 A energia livre é mínima para uma combinação
específica de T, P e composição.
 As características não mudam com o tempo
Equilíbrio metaestável:
 é um estado fora do
equilíbrio que pode
persistir por um período
de tempo muito longo.
Este resultado indica que existe um 
grau de liberdade e, portanto, uma 
das variáveis (T ou P) pode ser 
alterada independentemente da 
outra, mantendo-se a coexistência 
de duas fases no sistema
Este resultado indica que mesmo
alterando, de modo
independente, duas variáveis
(temperatura e pressão), o
sistema continua a ser
constituído pela mesma fase.
Tipos de Diagramas de Fases e Sistemas
Regras de
Home-Rothery
 Raio
 Estrutura
 Eletronegatividade
 Valência
Sistema Binário Isomorfo
Leitura dos Diagramas de Fases
Fases Presentes: Para uma coordenada do diagrama, verifica-se 
quais fases estão presentes.
Leitura dos Diagramas de Fases
Composição de cada fase: Para uma coordenada qualquer, 
verifica-se quantas fases existem
 Se existir uma fase => a composição é lida diretamente do 
gráfico.
 Se existir duas fases => usa-se o método da linha de 
amarração (tie-line)
 Em uma dada temperatura, a tie-line se estende de uma 
fronteira a outra do campo onde coexistem as duas fases.
 Marca-se as interseção entre a tie-line e as fronteiras
 Verifica-se as concentrações de cada fase no eixo 
horizontal
OBS: a composição de cada fase é determinada na interseção 
da tie-line com a fronteira que separa cada fase com o campo 
das duas fases.
α
Leitura dos Diagramas de Fases
Composição de cada fase:
Líquido
αPara uma liga com 35% de Ni
Na temperatura de 1250°C
Exercício
Determine a composição de cada fase da liga Cu-40%Ni a 
1300°C, 1270°C, 1250°C e 1200°C
Leitura dos Diagramas de Fases
Quantidade de cada fase: Para uma coordenada qualquer, 
verifica-se a quantidade de cada fase.
 Se existir uma fase => tem-se 100% desta fase
 Se existir duas fases => usa-se a regra da Alavanca
Com apenas duas fases presentes, a soma das suas frações 
(quantidades) deve ser 1, logo,
Wα + WL = 1
Diagrama de Fase e Microestrutura 
No Equilíbrio
Segregação
Segregação
Zoneamento observado 
na pedra Ágata
Consequências da solidificação fora
do equilíbrio:
• Segregação
• Zoneamento
• Redução da temperatura solidus
• Diminuição das propriedades
• Pode haver a necessidade de
tratamento de homogeneização
Microssegregação – Segregação química em produtos
fundidos, também conhecida como segregação
interdendrítica ou coring; - trinca a quente,
Não-equilíbrio e segregação
Tratamento de homogeneização – Tratamento térmico
utilizado para reduzir o fenômeno de microssegregação
causado durante a solidificação fora do equilíbrio;
Macrossegregação – A presença de diferenças de
composição em um material ao longo de grandes
distâncias, causada pelo solidificação de não-equilíbrio.
Sistema Binário Eutético
Reação que forma estrutura monofásica
Até 2% Sn a liga se comporta 
exatamente como a liga Cu-
Ni, uma solução sólida 
monofásica
Essa liga ganha resistência 
mecânica por:
 solução sólida, 
encruamento e refino de 
grão.
Reação de precipitação – Fase β
Entre 2 e 19% Sn a liga forma 
uma solução sólida α e depois 
precipita fase β.
A solubilidade de estanho em α é 
dada
Pela linha solvus.
A resistência mecânica desta liga 
é 
função da quantidade de fase β
precipitada.
Para o diagrama Pb – Sn determine:
1. a solubilidade do estanho no chumbo (α) a 100°C;
2. a solubilidade máxima de estanho no chumbo (α) e de chumbo no 
estanho (β);
3. A composição química de 
Sn em α e β.
4. a quantidade de β formada na
liga de Pb-10% Sn a 0°C;
5. Esboce a microestrutura
Exercício Reação precipitação – Fase β
Exercício Reação precipitação – Fase β
 A fase dispersa dura e resistente deve ser descontínua, 
enquanto a matriz macia e dúctil deve ser contínua. 
(propagação de trinca)
 As partículas de fase dispersa devem ser pequenas e 
numerosas, ou seja, com grande área de superfície. 
(movimento das discordâncias)
 É preferível que as partículas da fase dispersa tenham 
formato esféricos em vez de agulhas e formatos pontiagudos. 
(concentração de tensões)
Propriedades Mecânicas x Precipitados
Reação Eutética
Reação eutética: Líquido  + 
Neste caso a solidificação processa-se como num metal puro, no entanto, o
produto é 2 fases sólidas distintas.
 Espaçamento Interlamelar: é a distância do centro de uma
lamela α até o centro da lamela β seguinte. O espaçamento
interlamelar é função da velocidade de crescimento do eutético.
Quanto menor o espaçamento maior a resistência mecânica
 Tamanho da Colônia: No interior de cada colônia, a orientação
das lamelas no microconstituinte eutético é idêntica, mas a
orientação muda ao cruzar o contorno. Quanto mais refinada maior
a resistência mecânica
Resistência Mecânica de Ligas Eutéticas
 Quantidade do Eutético: Com quantidades crescentes do
microconstituinte eutético, a resistência mecânica da liga aumenta.
 Microestrutura Al-Si: Placas finas e pontiagudas concentram tensões,
reduzindo a ductilidade e a tenacidade do material.
Resistência Mecânica de Ligas Eutéticas
Para o diagrama Pb – Sn determine:
 a composição e quantidade de cada fase em uma liga Pb-Sn de 
composição eutética na temperatura ambiente.
Exercício Reação Eutética
 Quanto a liga possui composição MENOR que o 
EUTÉTICO
 Em ligas hipoeutéticas ocorre inicialmente a precipitação 
de fase primária dendritas
de α proeutéticas ou primária;
 O líquido eutético residual se
transforma em microestrutura
eutética.
Reação Hipoeutética
Exercício Reação Hipoeutética
Para uma liga hipoeutética Pb-30%Sn, determine as fases 
presentes, a quantidade de cada fase e sua composição a 300, 200 
184, 182°C. Para as mesmas temperaturas faça a evolução da 
microestrutura.
A fase sólida α que se forma quanto o líquido é resfriado a 
partir da temperatura liquidus até a eutética, denomina-se fase 
primária ou proeutética.
A quantidade de microconstituinte eutético inicia-se a 183°C 
e atinge 26% neste caso, pois, 74% já é fase α proeutética.
 Quanto a liga possui composição MAIOR que o EUTÉTICO
 Em ligas hipereutéticas ocorre inicialmente aprecipitação de fase
primária dendritas de β proeutéticas;
 O líquido eutético residual se transforma em microestrutura eutética.
Reação Hipereutética
RESUMO
Zero grau de liberdade, por isso, a reação monotética 
é chamada uma Reação Invariante.
Zero grau de liberdade, por isso, a reação eutetóide é 
chamada uma Reação Invariante.
Zero grau de liberdade, por isso, a reação preitetóide 
é chamada uma Reação Invariante.
Reações Invariantes em Diagramas de Fase
Ponto de Fusão Congruente
Resumo
 Ao diagramas de fases são apresentações gráficas das 
fases presente num sistema material a várias temperaturas, 
composição e pressões
 Os diagramas de fases binários indicam-nos quais as fases 
presentes para diferentes temperaturas e composições 
quando o processo ocorre próximo do equilíbrio.
 Nos diagramas Binários e Isomorfo os dois componentes 
 Nas regiões bifásicas a composição química de cada fase é 
dada pela extremidade dos campos.
 As proporções de cada fase é dada aplicando-se a regra da 
alavanca.