Diagrama de fases

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Fundamentos dos materiais de construção
9 – Diagrama de fases
Universidade Federal de Santa Maria – UFSM
Departamento de Engenharia de Produção e Sistemas
Curso de Engenharia de Produção
Prof. Cristiano J. Scheuer
ONDE ESTAMOS?
 Diagrama de fases.
 Transformação de fases.
 Materiais metálicos ferrosos.
 Produção do ferro e aço.
• 2ª Avaliação:
ROTEIRO DA AULA
• Introdução.
• Diagramas de sistemas em condições de equilíbrio.
• Diagramas Fe-Fe3C.
• Limite de solubilidade.
OBJETIVOS DA AULA 9
• Familiarizar-se com os diagramas de fases.
• Identificar as diferentes regiões dentro do diagrama de fase.
• Diagramas de sistemas em condições de equilíbrio.
• No diagrama de fases, identificar as linhas solvus, solidus, liquidus.
 Fases presentes.
 Composições das fases.
 Fração das fases.
• Localizar as temperaturas e as composições dos pontos invariantes.
INTRODUÇÃO
Fonte: Callister, W.D.; Rethwisch, D.G. Ciência e engenharia de materiais: uma introdução. 8ª ed. São Paulo: Editora LTC, 2012, Pág. 240. 
LIMITE DE SOLUBILIDADE
• Concentração máxima de soluto mantidos em solução sólida no
solvente a uma dada temperatura. (ex: água e açúcar).
Fonte: Callister, W.D.; Rethwisch, D.G. Ciência e engenharia de materiais: uma introdução. 8ª ed. São Paulo: Editora LTC, 2012, Pág. 242. 
Soma = 100%
Duas fases
Uma fase
DIAGRAMA DE FASES EM 
EQUILÍBRIO
• Digrama de fases  previsão de transformações de fase.
• Mais simples  unários  substâncias puras.
Fonte: Callister, W.D.; Rethwisch, D.G. Ciência e engenharia de materiais: uma introdução. 8ª ed. São Paulo: Editora LTC, 2012, Pág. 242 e 245. 
Ponto Invariante
Equilíbrio entre fase líquida e vapor
SISTEMAS ISOMORFOS E 
BINÁRIOS
 Solubilidade total (4 fatores).
 Sol. Sólida  letras gregas minúsculas (α, β, γ, etc).
• É o mais Simples  1 Fase sólida (Cu-Ni)  Por que Isomorfo?
Fonte: Callister, W.D.; Rethwisch, D.G. Ciência e engenharia de materiais: uma introdução. 8ª ed. São Paulo: Editora LTC, 2012, Pág. 246. 
Curva liquidus
Curva solidus
SISTEMAS ISOMORFOS E 
BINÁRIOS
• Fases presentes  ver onde o ponto se localiza.
• Composição destas fases  reta a temperatura cte (linha de amarração).
• Porcentagem das fases  Regra da alavanca.
Fonte: Callister, W.D.; Rethwisch, D.G. Ciência e engenharia de materiais: uma introdução. 8ª ed. São Paulo: Editora LTC, 2012, Pág. 246. 
B: Fase a + L
SISTEMAS ISOMORFOS E 
BINÁRIOS
Fração Mássica
• Regra da alavanca (quantidade de fase - %):
Fonte: Callister, W.D.; Rethwisch, D.G. Ciência e engenharia de materiais: uma introdução. 8ª ed. São Paulo: Editora LTC, 2012, Pág. 246. 
A: Fase a
B: Fase a + L
SISTEMAS ISOMORFOS E 
BINÁRIOS
• Regra da alavanca (quantidade de fase - %):
Fonte: http://www.cienciadosmateriais.org/index.php?acao=exibir&cap=14&top=254
DESENVOLVIMENTO DA 
MICROESTRUTURA DE LIGAS 
ISOMORFAS
• Resfriamento em condições de equilíbrio (lento).
Fonte: Callister, W.D.; Rethwisch, D.G. Ciência e engenharia de materiais: uma introdução. 8ª ed. São Paulo: Editora LTC, 2012, Pág. 251. 
Curva Liquidus
Curva Solidus
DESENVOLVIMENTO DA 
MICROESTRUTURA DE LIGAS 
ISOMORFAS
Equilíbrio  Difusão
Difusão lenta no sólido
Segregação  Estrutura Zonada 
 contorno funde antes
Estrutura Zonada  corrigida por tratamento 
térmico de homogeneização
• Resfriamento fora das condições de equilíbrio (rápido).
Fonte: Callister, W.D.; Rethwisch, D.G. Ciência e engenharia de materiais: uma introdução. 8ª ed. São Paulo: Editora LTC, 2012, Pág. 252. 
Ainda existe líquido
Composição média do grão
PROPRIEDADES MECÂNICAS 
DE LIGAS ISOMORFAS
• Tamanho de grão constante.
• Sem trabalho a frio.
• Aumento da resistência → solução sólida.
Fonte: Callister, W.D.; Rethwisch, D.G. Ciência e engenharia de materiais: uma introdução. 8ª ed. São Paulo: Editora LTC, 2012, Pág. 253. 
SISTEMAS EUTÉTICOS 
BINÁRIOS
• Solubilidade não é total.
Fonte: Callister, W.D.; Rethwisch, D.G. Ciência e engenharia de materiais: uma introdução. 8ª ed. São Paulo: Editora LTC, 2012, Pág. 254 
Reação eutética
Ponto Invariante 
(eutético)
Regiões 
bifásicas
Regiões 
monofásicas
SISTEMAS EUTÉTICOS 
BINÁRIOS
• Solda de Sn e Pb → ponto eutético → material de adição em solda.
Fonte: Callister, W.D.; Rethwisch, D.G. Ciência e engenharia de materiais: uma introdução. 8ª ed. São Paulo: Editora LTC, 2012, Pág. 255 
SISTEMAS EUTÉTICOS 
BINÁRIOS
• Solda de estanho sem chumbo.
Fonte: Callister, W.D.; Rethwisch, D.G. Ciência e engenharia de materiais: uma introdução. 8ª ed. São Paulo: Editora LTC, 2012, Pág. 259 
DESENVOLVIMENTO DA 
ESTRUTURA EM LIGAS 
EUTÉTICAS
• Diversas possibilidades
Fonte: Callister, W.D.; Rethwisch, D.G. Ciência e engenharia de materiais: uma introdução. 8ª ed. São Paulo: Editora LTC, 2012, Pág. 255 
DESENVOLVIMENTO DA 
ESTRUTURA EM LIGAS 
EUTÉTICAS
• Diversas possibilidades
Fonte: Callister, W.D.; Rethwisch, D.G. Ciência e engenharia de materiais: uma introdução. 8ª ed. São Paulo: Editora LTC, 2012, Pág. 260 e 261.
DESENVOLVIMENTO DA 
ESTRUTURA EM LIGAS 
EUTÉTICAS
Fonte: Callister, W.D.; Rethwisch, D.G. Ciência e engenharia de materiais: uma introdução. 8ª ed. São Paulo: Editora LTC, 2012, Pág. 260 e 261.
• Diversas possibilidades
DESENVOLVIMENTO DA 
ESTRUTURA EM LIGAS 
EUTÉTICAS
Redistribuição de 
componentes → Difusão
Estrutura eutética
Fonte: Callister, W.D.; Rethwisch, D.G. Ciência e engenharia de materiais: uma introdução. 8ª ed. São Paulo: Editora LTC, 2012, Pág. 261 e 262.
DESENVOLVIMENTO DA 
ESTRUTURA EM LIGAS 
EUTÉTICAS
Fonte: Callister, W.D.; Rethwisch, D.G. Ciência e engenharia de materiais: uma introdução. 8ª ed. São Paulo: Editora LTC, 2012, Pág. 261 e 262.
DESENVOLVIMENTO DA 
ESTRUTURA EM LIGAS 
EUTÉTICAS
a primária
a Eutética
Fonte: Callister, W.D.; Rethwisch, D.G. Ciência e engenharia de materiais: uma introdução. 8ª ed. São Paulo: Editora LTC, 2012, Pág. 263.
REAÇÕES EUTETÓIDES E 
PERITÉTICAS
Fonte: Callister, W.D.; Rethwisch, D.G. Ciência e engenharia de materiais: uma introdução. 8ª ed. São Paulo: Editora LTC, 2012, Pág. 266.
REAÇÕES EUTETÓIDES E 
PERITÉTICAS
• Além do eutético existem diversos pontos invariantes (Cu-Zn):
Fonte: Callister, W.D.; Rethwisch, D.G. Ciência e engenharia de materiais: uma introdução. 8ª ed. São Paulo: Editora LTC, 2012, Pág. 267.
Eutetóide
Reação eutetóide
Peritético
Reação Peritética
P
o
n
to
 I
n
v
ar
ia
n
te
O DIAGRAMA Fe-Fe3C
Fonte: Callister, W.D.; Rethwisch, D.G. Ciência e engenharia de materiais: uma introdução. 8ª ed. São Paulo: Editora LTC, 2012, Pág. 272.
Fe3C
Cementita
Dura e frágil
6,7% C ou
100% Fe3C
Ferrita d -
CCC
Ferro g -
Austenita 
CFC
Ferrita a -
CCC
C solução sólida em a, g, d  limite de solubilidade C em a, g, d.
O DIAGRAMA Fe-Fe3C
Ferrita max. C 0,022% Austenita máx. C 2,14%
Fonte: Callister, W.D.; Rethwisch, D.G. Ciência e engenharia de materiais: uma introdução. 8ª ed. São Paulo: Editora LTC, 2012, Pág. 273.
O DIAGRAMA Fe-Fe3C
 Dura e Frágil  Composto (cerâmica).
 Rigorosamente metaestável.
 700°C durante alguns anos  Grafite + ferrita (diagrama não é de equilíbrio).
 A temperatura ambiente “nunca” se transforma.
 Adição de Si acelera a transformação  Fe3C em grafita + ferrita (fofo).
• Particularidades da cementita.
O DIAGRAMA Fe-Fe3C
Fonte: Callister, W.D.; Rethwisch, D.G. Ciência e engenharia de materiais: uma introdução. 8ª ed. São Paulo: Editora LTC, 2012, Pág. 272.
Eutético
• Pontos invariantes.
PeritéticaEutetóide 
DESENVOLVIMENTO DA 
MICROESTRUTURA EM LIGAS 
Fe-Fe3C
• Ligas eutetóides.
Fonte: Callister, W.D.; Rethwisch, D.G. Ciência e engenharia de materiais: uma introdução. 8ª ed. São Paulo: Editora LTC, 2012, Pág. 275.
- Espessura aproximada 8/1
- Estrutura  Perlita (lembra madrepérola)
- Direção das lamelas varia de uma colônia para outra
- Perlita  propriedades intermediárias entre ferrita e cementita
DESENVOLVIMENTO DA 
MICROESTRUTURA EM LIGAS 
Fe-Fe3C
Fonte: http://www.cienciadosmateriais.org/index.php?acao=exibir&cap=13&top=278
DESENVOLVIMENTO DA 
MICROESTRUTURA EM LIGAS 
Fe-Fe3C
- Motivo das lamelas  difusão
(semelhante ao eutético)
- Redistribuição do carbono  distancia
curtas
- Nucleação no contorno de grão da
austenita
- Microconstituinte Perlita
- Não existe grão de perlita mas sim uma
colônia de perlita
- Abaixo do eutetóide as mudanças
microestruturais são insignificantes
• Ligas eutetóides.
Fonte: Callister, W.D.; Rethwisch, D.G. Ciência e engenharia de materiais: uma introdução. 8ª ed. São Paulo: Editora LTC, 2012, Pág. 276.
DESENVOLVIMENTO DA 
MICROESTRUTURA EM LIGAS 
Fe-Fe3C
• Ligas hipoeutetóides.
Fonte: Callister, W.D.; Rethwisch, D.G. Ciência e engenharia de materiais: uma introdução. 8ª ed. São Paulo: Editora LTC, 2012, Pág. 276 e 277.
- Hipoeutetóide: Menos carbono que o eutetóide (entre 
0,022 e 0,76 %C)
- Alpha aparece no contorno de grão  PQ????
- Ferrita proeutetóide
- Ferrita eutetóide
DESENVOLVIMENTO DA 
MICROESTRUTURA EM LIGAS 
Fe-Fe3C
Fonte: http://www.cienciadosmateriais.org/index.php?acao=exibir&cap=13&top=278
DESENVOLVIMENTO DA 
MICROESTRUTURA EM LIGAS 
Fe-Fe3C
• Ligas hipereutetóides.
Fonte: Callister, W.D.; Rethwisch, D.G. Ciência e engenharia de materiais: uma introdução. 8ª ed. São Paulo: Editora LTC, 2012, Pág. 278 e 279.
- Hipereutetóide: Mais carbono que o eutetóide (entre 0,76 e 2,14%C)
- Cementita proeutetóide
- Cementita eutetóide
DESENVOLVIMENTO DA 
MICROESTRUTURA EM LIGAS 
Fe-Fe3C
Fonte: http://www.cienciadosmateriais.org/index.php?acao=exibir&cap=13&top=279
DESENVOLVIMENTO DA 
MICROESTRUTURA EM LIGAS 
Fe-Fe3C
Fonte: Callister, W.D.; Rethwisch, D.G. Ciência e engenharia de materiais: uma introdução. 8ª ed. São Paulo: Editora LTC, 2012, Pág. 272.
Ferro fundidoAço
• Ferro Fundido:
DESENVOLVIMENTO DA 
MICROESTRUTURA EM LIGAS 
Fe-Fe3C
− Mudança de fase em temperaturas diferentes da prevista no diagrama.
− Existência de fases fora do equilíbrio (ex. Martensita).
 Situações em que taxa de resfriamento é maior que necessária para o equilíbrio.
 Consequências:
• Resfriamento sob condições fora do equilíbrio.
O QUE É IMPORTANTE 
LEMBRAR?
 Fases presentes.
 Composição das fases.
 Fração das fases.
 Descrever evolução microestrutural no aquecimento ou resfriamento.
• Interpretação do diagrama de fases.
• Pontos invariantes e suas reações.
• Interpretação do diagrama Fe-Fe3C.
REFERÊNCIAS 
► Capítulo 9 – Diagrama de fases.
→ Páginas: 240 – 271.
• CALISTER, W.D.; RETHWISCH, D.G. Ciência e
engenharia de materiais: uma introdução. 8ª ed.
São Paulo: Editora LTC, 2012.