PRINCÍPIOS DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS - UNIDADE 4

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CCE 0291
Lourdes Martins
Unidade 4
 Diagrama de Fases
 Mapas que representam a relação de fases
em função da temperatura, pressão e
composição química.
 Fornecem informação necessária para o
controle das fases/microestrutura em um
dado material.
 Permite a visualização da fusão e solidificação.
 Prediz as transformações de fases.
 Dá informações sobre microestrutura e
propriedades mecânicas em função da
temperatura e composição.
 Em ligas metálicas, a microestrutura é
caracterizada pelo número de fases presentes,
suas proporções e o modo pela qual estão
distribuídas ou organizadas.
 SOLUBILIDADE COMPLETA 
 SOLUBILIDADE INCOMPLETA 
 INSOLUBILIDADE 
 LIMITE DE SOLUBILIDADE: é a concentração
máxima de átomos de soluto que pode
dissolver-se no solvente, a uma dada
temperatura, para formar uma solução sólida.
 Quando o limite de solubilidade é ultrapassado
forma-se uma segunda fase com composição
distinta
 Fase é a porção homogênea de um sistema que
tem características físicas e químicas definidas.
 Todo metal puro e uma considerado uma fase.
 Uma fase é identificada pela composição química
e microestrutura.
 A interação de 2 ou mais fases em um material
permite a obtenção de propriedades diferentes.
 É possível alterar as propriedades do material
alterando a forma e distribuição das fases.
 Ao solidificar uma mistura do elemento A e
do elemento B pode se formar uma solução
sólida/fase com características distintas das
de A ou de B.
 Solução Sólida – fase homogênea e
composição química variável
 Mistura heterogênea – mais de uma fase
presente
 Informações fornecida pelo diagrama de 
fases: 
 Temperatura de fusão 
 Fases presentes em função da temperatura 
 Composição química das fases 
 Limite de Solubilidade 
 Proporção das fases 
 Distribuição de fases 
 Sistema Cu-Ni
 Isomorfo: Quando a solubilidade é completa
 Sistema de Cu-Ni
 Sistema Cu-Ni
 Resfriamento em condições de equilíbrio
 A microestrutura só segue o diagrama de
equilíbrio para velocidades de solidificação
lentas.
 Na prática, não há tempo para a difusão
completa e as microestruturas não são
exatamente iguais às do equilíbrio.
 O grau de afastamento do equilíbrio dependerá
da taxa de resfriamento.
 Como consequência da solidificação fora do
equilíbrio tem-se a segregação (a distribuição
dos 2 elementos no grão não é uniforme).
 Reação eutética: Líquido → α + β
 Neste caso a solidificação processa-se como num metal 
puro, no entanto o produto possui 2 fases sólidas 
distintas.
 Eutético vem do grego e significa “de fusão mais fácil”.
Microestrutura do eutético: 
 LAMELAR → camadas alternadas de fase α e β
 Ocorre desta forma porque é a de menor percurso para a 
difusão 
 REAÇÃO EUTETÓIDE: 
 δ → ε + ϒ
 a diferença do eutético é que uma fase sólida, ao invés de 
uma líquida, transforma-se em duas outras fases sólidas. 
 REAÇÃO PERITÉTICA: Envolve três fases em equilíbrio 
 δ + Líquido → ε
 Uma fase sólida mais uma fase líquida transforma-se 
numa outra fase sólida 
FERRO α = FERRITA 
 Estrutura = CCC 
 Temperatura “existência”= até 912 ⁰C 
 Fase Magnética até 768 ⁰C (temperatura de Curie) 
 Solubilidade máx do Carbono= 0,02% a 727 ⁰C 
FERRO ϒ = AUSTENITA 
 Estrutura = CFC (tem + posições intersticiais) 
 Temperatura “existência”= 912 -1394 ⁰C 
 Fase Não-Magnética 
 Solubilidade máx do Carbono= 2,14% a 1148 ⁰C 
FERRO δ = FERRITA δ
 Estrutura= CCC
 Temperatura “existência”= acima de 1394 ⁰C
 Fase Não-Magnética
 É a mesma que a ferrita α
 Como é estável somente a altas
temperaturas, não apresenta interesse
comercial
 Grande variação nas suas propriedades pela simples
variação na quantidade de carbono;
 Possibilitam que se tenha uma gama ainda maior de
propriedades quando se considera a possibilidade de
deformação plástica e os tratamentos térmicos.
 As transformações alotrópicas do ferro puro e o fato de
que o carbono forma uma solução intersticial com o
ferro.
 As transformações em uma liga ferro-carbono são
influenciadas basicamente pela temperatura e pelo teor
de carbono. Se considerarmos apenas estes dois fatores
poderemos montar um mapa das transformações que
irão ocorrer, o qual será chamado de diagrama de
equilíbrio ou diagrama de fases.
 Ferro comercialmente puro → teores de 
carbono variando entre traços até 0,022% C, 
em peso 
 Aços hipoeutetóides → teores de carbono 
variando entre 0,022 e 0,76%C em peso 
 Aços eutetóides → apresenta 0,76% C em 
peso, exatamente a composição química do 
ponto eutetóide
 Aços hipereutetóides → variando entre 0,76% 
e 2,14% C, em peso 
 ϒ (0,76% C) ↔ α (0,022% C) + Fe₃C (6,7% C)
 Aços hipoeutetóides – perlita + ferrita
proeutetóide
 Aços eutetóides – perlita
 Aços hipereutetóides – perlita + cementita
proeutetóide
 Temperatura = 1148 ⁰C 
 Teor de Carbono= 4,3% 
 As ligas de Ferro fundido de 2,1-4,3% de C
são chamadas de ligas hipoeutéticas
 As ligas de Ferro fundido acima de 4,3% de C
são chamadas de ligas hipereutéticas
 Elementos de ligas gamagêneos → Mn, Ni, C,
entre outros → o efeito do soluto é de elevar
a temperatura de transformação da fase ϒ.
 Elementos de ligas alfagêneos → Si, Cr, Mo,
entre outros → a presença do soluto tende a
aumentando o campo de existência da fase α.
Em uma liga composta por 99,35% Fe-0,35% C,
a temperatura imediatamente abaixo da
eutetóide, determine o seguinte:
 a) As frações das fases ferrita total e
cementita
 b) As frações de ferrita proeutetóide e perlita
 c) A fração de ferrita eutetóide
	PRINCÍPIOS DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS
	DIAGRAMAS DE EQUILÍBRIO
	Definições e Conceitos Básicos
	Importância
	Solubilidade do soluto e fases
	Solubilidade do açúcar em água
	Fases
	Solidificação de um metal puro
	Solidificação de uma liga binária
	Solidificação de uma liga binária
	Diagramas de Fase em Condições de Equilíbrio
	Diagramas de Equilíbrio de Ligas Não-Ferrosas
	Diagrama de equilíbrio para sistemas binários e isomorfos
	Slide Number 14
	Determinação das fases presentes e da composição química das fases
	Determinação das quantidades relativas das fases
	Desenvolvimento da microestrutura de ligas isomorfas
	Desenvolvimento da microestrutura
	Desenvolvimento da microestrutura com resfriamento fora das condições de equilíbrio
	Sistemas Eutéticos Binários
	Reação Eutética
	Sistema Eutético
	Microestrutura Eutética
	Hipoeutético e Hipereutético
	Microestrutura de uma liga de �Sn-Pb hipoeutética
	Diagrama de equilíbrio com fase intermediária
	Compostos intermediários
	Sistema Ferro-Carbono
	Slide Number 29
	Ferro puro / Formas alotrópicas
	Ferro puro / Formas alotrópicas
	Por que estudar o sistema Fe-C ?
	Diagrama Fe-C
	Microconstituintes
	Microconstituintes
	Microconstituintes
	Microconstituintes
	Microconstituintes
	Pontos importantes
	Pontos importantes
	Pontos importantes
	Pontos importantes
	Reações invariantes
	Reações invariantes
	Reações invariantes
	Classificação do aço de acordo com a reação eutetóide
	Aços eutetóides
	Desenvolvimento da Perlita
	Aços Eutetóides
	Aços Hipoeutetóides
	Aços Hipoeutetóides
	Aços Hipoeutetóides
	Ligas Hipereutetóides
	Ligas Hipereutetóides
	Ligas Hipereutetóides
	Microconstituintes resultantes a temperatura ambiente
	Pontos importantes do sistema �Fe-C (eutético)
	Ledeburita
	Ledeburita
	Influência dos elementos de liga na temperatura e composição do eutetóide
	Influência dos elementos de liga na temperatura e composição do eutetóide
	Slide Number 62
	Exercício