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04- Diagramas de Fases

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Diagrama de Fases 
Conceitos Fundamentais 
 DIAGRAMA DE FASES 
 Mapas que permitem prever a 
microestrutura formada em um 
material em função da temperatura 
e composição de cada 
componentes. 
 
 COMPONENTES 
 São elementos químicos e/ou 
compostos que constituem um 
material. 
 
2 
Conceitos Fundamentais 
 SISTEMA 
 Série de fases possíveis 
formadas pelos mesmos 
componentes, independendo da 
composição específica. 
 
 FASE 
 Uma parte estruturalmente 
homogênea do sistema, que 
possui propriedades físicas e 
químicas características. 
 3 
Conceitos Fundamentais 
 Limite de Solubilidade 
 Concentração máxima de átomos de soluto que pode ser 
dissolvida no solvente para formar uma solução sólida. Essa 
concentração máxima é chamada limite de solubilidade. 
 
4 
OBS: a adição 
em excesso de 
soluto resulta na 
formação de 
uma nova fase. 
Conceitos Fundamentais 
 Equilíbrio de Fases 
 Termodinamicamente, um sistema está em equilíbrio 
quando sua energia livre é mínima, consideradas as 
condições de temperatura, pressão e composição em que 
ele se encontra. 
 Macroscopicamente, um sistema está em equilíbrio quando 
suas características não mudam com o tempo, e tendem a 
permanecer nas condições em que se encontra 
indefinidamente, a não ser que seja perturbado 
externamente. 
 
 
 5 
Sistemas Isomorfos Binários 
 Sistemas Binários Isomorfos 
 Uma liga binária e uma liga que 
contem dois componentes 
completamente solúveis um no outro. 
 
 Isomorfo: completa solubilidade dos 
dois componentes no estado líquido e 
sólido. 
 
 
 
 
6 
Sistemas Isomorfos Binários 
 LINHA LIQUIDUS 
 A linha que separa os 
campos da fases L e α + L. 
 A fase liquida esta presente 
em todas as temperaturas e 
composições localizadas 
acima desta linha a linha que 
separa os campos das fases 
α e α + L. 
7 
Sistemas Isomorfos Binários 
 LINHA SOLIDUS 
 A linha que separa os 
campos das fases α e α + 
L. 
 Abaixo dela existe 
somente a fase solida α. 
 
8 
Sistemas Isomorfos Binários 
 Regra da Alavanca 
 É usada para se determinar as proporções das fases em 
equilíbrio em um campo de duas fases. 
 
 Fração de Líquido 
 
9 
Sistemas Isomorfos Binários 
 Fração de Sólido 
 
 
 
 
 
 
 
 C0 – Composição global da liga 
 WL – Fração mássica da fase líquida 
 Wα – Fração mássica da fase sólida 
 10 
Sistemas Isomorfos Binários 
 Desenvolvimento de 
Microestruturas em Ligas 
Isomorfas 
 Resfriamento extremamente 
lento da Liga 35%p Ni-65%p 
Cu 
 1300ºC – fase líquida 
 1260ºC – formação dos 
primeiros sólidos 
 1220ºC – solidificação está 
virtualmente encerrada 
 Abaixo da curva solidus o 
restante de líquido de solidifica 
11 
Sistemas Isomorfos Binários 
 Desenvolvimento de 
Microestruturas fora da condição 
de equlíbrio 
 
 O estado de equilíbrio nunca é 
totalmente atingido devido a taxa 
para se chegar a tal, ser 
extremamente lenta, diz-se então 
que um sistema é metaestável 
 Uma microestrutura metaestável 
pode permanecer inalterada ou 
somente sofrer pequenas 
alterações ao longo do tempo 
 
12 
Sistemas Isomorfos Binários 
 1300ºC – 100% líquido 
 1260ºC – formação dos 
primeiros sólidos (fase α) 
 Deslocamento da curva solidus 
para teores maiores de Ni. 
 Não há alteração da fase α e a 
composição do grão vai se 
alterando radialmente 
 1220ºC – existência de porção 
de líquido 
 1205ºC – fim da solidificação 
13 
Regra das Fases 
 A regra das fases representa um critério para o número 
de fases que coexistirão num sistema no equilíbrio. 
 
P + F = C + N 
 
 P = número de fases presentes 
 C = número de componentes do sistema 
 N = número de variáveis além da composição 
p.ex., temperatura, pressão 
 F = número de graus de liberdade 
número de variáveis externamente controladas 
 
 
 
14 
Regra das Fases 
 Região A 
 N = 1 (temperatura); C = 2 (Cu e Ag); P =1 
 F = 2 + 1 – 1 = 2 
 Para descrever as fases existentes, é preciso 
 especificar dois parâmetros (temperatura e 
composição) 
 
 Região B 
 N = 1; C = 2 e P = 2 
 F = 2 + 1 – 2 = 1 
 Para descrever as fases existentes, basta 
especificar um parâmetro (temperatura T1 ou 
composição de uma das fases, CL ou Cα) 
15 
Sistemas Eutéticos Binários 
 Três regiões monofásicas distintas: 
 α – solução sólida rica em cobre (soluto: prata) 
 β – solução sólida rica em prata (soluto: cobre) 
 L – Líquida 
 
16 
Sistemas Eutéticos Binários 
 Para uma liga 40%p Sn-60%p Pb a 150ºC identifique a(s) 
fase(s) presente(s) e a(s) composição(ões) da(s) fase(s). 
 
17 
Sistemas Eutéticos Binários 
 C1 =40%p-Sn, Cα = 10%p-Sn, Cβ = 98%Sn 
 
 
18 
Sistemas Eutéticos Binários 
 Calcule as frações volumétricas das fases presentes. 
 
 
19 
Sistemas Eutéticos Binários 
 
 
20 
Sistemas Eutéticos Binários 
 Desenvolvimento de 
Microestruturas em Sistemas 
Eutéticos 
 Região de solubilidade máxima de 
0% a 2%p Sn. 
 Resfriamento lento de uma 
composição C1 a partir de 350ºC. 
 
21 
Sistemas Eutéticos Binários 
 Desenvolvimento de 
Microestruturas em Sistemas 
Eutéticos 
 Composição C2 – solubilidade 
máxima na temperatura do 
eutético entre 2% a 18,3%p Sn 
 Ao ser ultrapassado o limite de 
solubilidade (linha solvus) de Sn 
no Pb, ocorre a precipitação da 
fase β. 
22 
Sistemas Eutéticos Binários 
 Desenvolvimento de 
Microestruturas em Ligas 
Eutéticas 
 Solidificação da 
composição eutética 
 
23 
Formação da estrutura 
eutética: 
α – rica em chumbo 
(13,8%p Sn) 
β – rica em estanho 
(98,7%p Sn) 
 
Sistemas Eutéticos Binários 
 Solidificação de 
composições diferentes da 
eutética quando cruzam a 
isoterma eutética 
 
 Em ligas hipoeutéticas 
ocorre inicialmente 
precipitação da fase 
primária α próeutética. 
24 
Diagramas com Fases Intermediárias 
 Presença de 
soluções sólidas 
intermediárias 
 Seis soluções 
sólidas: 
 Duas terminais (α 
e η) 
 Quatro 
intermediárias (β, 
γ, δ e Є) 
25 
Diagramas com Fases Intermediárias 
 Reações Eutetóides e Peritéticas 
 
 Reação Eutetóide 
 
 
 
 Reação Peritética 
 
 
 
 
 
 
26 
δ γ + Є 
Resfriamento 
Aquecimento 
δ + L Є 
Resfriamento 
Aquecimento 
Sistemas Binários 
 Principais reações em sistemas binários envolvendo três 
fases 
 
27 
Diagrama Fe-C 
 
 
 
 
 
 
 
 
28 
Diagrama Fe-C 
 Principais fases formadas: 
 Ferrita: solução de carbono em Ferro-α (CCC). Apresenta 
solubilidade de 0,008%p de C a temperatura ambiente e de no 
máximo , 0,02%p a 727 ºC. Boa plasticidade, macia e dúctil. 
 Austenita: solução de carbono em Ferro-γ (CFC). Solubilidade 
do carbono alcança até 2,11%p a 1148 ºC. 
 Cementita: composto intermediário, denominado de carbeto de 
ferro (Fe3C), representado por uma linha vertical passando pela 
composição de 6,7%p C. Dura e frágil. 
 Ferro-δ: solução de carbono em ferro com estrutura CCC, 
existente somente a altas temperaturas. 
29 
Diagrama Fe-C 
 Principais Reações 
 
 Ponto eutético 
 
 
 
 
 Ponto eutetóide 
 
 
 
 
 
30 
e
u
te
tó
id
e
 
L γ + Fe3C 
Resfriamento 
Aquecimento 
γ (0,76%p C) 
 
α (0,022%pC) + Fe3C (6,7%p C) 
Resfriamento 
Aquecimento 
Diagrama Fe-C 
 Aço Eutetóide – Teor de 
Carbono 0,77%p 
 800ºC – totalmente γ 
 727ºC – reação eutetóide 
 Abaixo do eutetóide 
Formação da Perlita (α + Fe3O) 
Camadas mais claras – Ferrita α 
Lamelas finas escuras – Cementita 
 Mecanicamente, propriedades 
intermediárias entre a ferrita e a 
cementita. 
 
 
 
31 
monofásico 
bifásico 
Diagrama Fe-C 
 Ligas Hipoeutetóides – Teor de 
Carbono: 0,022% a 0,76% 
 875ºC – monofásica austenita 
 775ºC – formação de partículas de α 
nos contornos de γ. 
 Abaixo do eutetóide – não há alteração 
da ferrita gerada anteriormente ao 
ponto. 
 A ferrita está presente na perlita 
(ferrita eutetóide) e na fase formada acima 
do ponto Te (ferrita proeutetóide). 
 
 
 
 
32 
Diagrama Fe-C 
 Ligas Hipereutetóides – Teor de 
Carbono 
 900ºC – fase γ 
 Dentro da região γ + Fe3O – fase 
cementita se forma ao longo dos 
contornos dos grãos da fase γ, 
chamada de cementita proeutetóide. 
 Abaixo do eutetóide a austenita se 
transforma em perlita. 
 Microestrutura resultante: Perlita + 
Cementita proeutetóide. 
 
 
 
 
33 
Diagrama Fe-C 
 Para uma liga composta por 99,65%p Fe-0,35%p C, a uma temperatura 
imediatamente abaixo da eutetóide, determine as frações das fases 
ferrita total e cementita. 
 
 
 
 
 
 
 
 
34 
0,022 
6,70 
0,035 
Influência dos elementos de liga 
 A adição de elementos de ligas permite obter melhoras de 
algumas propriedades dos metais. 
 
 Deslocamento da posição eutetóide em relação à temperatura e à 
concentração do carbono 
 Mn, Ni e Co alargam a faixa de temperaturas para austenita 
estável; 
 Si, Cr, Mo, Ti, entre outros, estreitam a faixa de temperaturas de 
austenita estável. 
 Mn e Ni diminuem à temperatura do eutetóide 
 Cr, Si, Mo e Ti tendem a aumentá-la. 
 
 
 
 
35 
Influência dos elementos de liga 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
36

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