2015-1_CM_Aula04_DiagramaFase

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Aula 4 
29/04/2015 1 
2015-
1_CM_Aula04_DiagramaFase.p
df 
1 
Professor: Luis Gustavo Sigward Ericsson 
Curso: Engenharia Mecânica 
Série: 5º/ 6º Semestre 
443X - CIENCIA DOS MATERIAIS 
Quinta 
Quinzenal 
Semana par 
Conteúdo
10/fev
10/fev
24/fev
24/fev
10/mar
10/mar
24/mar --
24/mar --
07/abr
07/abr
21/abr --
21/abr --
05/mai
05/mai
12/mai --
12/mai --
- Curva temperatura-tempo-transformação, fatores que influem na pos ição das curvas 
TTT. Temperabi l idade.
 - Noções de tratamentos térmicos : recozimento, normal ização, têmpera e revenido, 
es feroidização, temperabi l idade, austempera e martempera. Têmpera superficia l . 
Tratamentos termoquímicos : cementação, ni tretação e carbonitretação.
Feriado: Ti radentes
 - Propriedades dos aços , normas ABTN, ASTM E DIN, class i ficação dos aços .
 - Ferros fundidos – branco, cinzento, nodular, maleável .
 - Metais não ferrosos e suas l igas . Cobre, bronze e latão. Alumínio e suas l igas .
Provável NP2
1a aula
2a aula
3
a
 aula
4
a
 aula
5
a
 aula
Dia
 - Apresentação do curso
 - Caracterís ticas gera is exigidas nos materia is de engenharia . Comparação entre 
materia is metál icos , pol iméricos e cerâmicos
 - Ligação química, estrutura cris ta l inas . Sis temas cris ta l inos , fator de empacotamento 
atômico, imperfeições estruturas e movimentos atômicos .
- Propriedades mecânicas dos metais . Deformação elástica . Deformação plástica
- Ruptura dos metais , fratura frági l , fratura dúcti l , fadiga, fluência .
- Diagrama de equi l íbrio binário, reações eutética e eutetóide, lei Gibbs .
- Diagrama de equi l íbrio Fe-C, estruturas que se formam no resfriamento lento de aços 
hipoeutetóides , eutetóides e hipereutetóides .
Provável NP1
4a aula 
Diagramas de Fase ou 
Diagramas de Equilíbrio 
Aula 4 
29/04/2015 2 2015-1_CM_Aula04_DiagramaFase.pdf 
Motivação para estudar Diagrama de Fases 
Os diagramas de fases (ou diagrama de 
equilíbrio) relacionam temperatura, 
composição química e quantidade das 
fases em equilíbrio. 
– Um diagrama de fases é um “mapa” 
que mostra quais fases são as mais 
estáveis nas diferentes composições, 
temperaturas e pressões. 
 
• A microestrutura dos materiais pode 
ser relacionada diretamente com o 
diagrama de fases. 
 
• Existe uma relação direta entre as 
propriedades dos materiais e as suas 
microestruturas. 
Aula 4 
Curva de solubilidade de açúcar em água 
em função da temperatura. 
29/04/2015 3 2015-1_CM_Aula04_DiagramaFase.pdf 
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. 
A 60º.C é possível dissolver 
70 g de açúcar em 30 g de 
água. 
 
Acima dessa quantidade o 
açúcar precipita. 
Aula 4 
Curva de solubilidade de açúcar em água em função da 
temperatura. 
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Fases 
FASE é uma porção homogênea de um 
sistema que tem características físicas e 
químicas uniformes. 
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 
Todo metal puro é uma considerado 
uma fase. 
Ex: 
Balde com água e gelo – 2 fases 
 - Fisicamente diferentes 
 - Quimicamente idênticos 
Aula 4 
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Fases em Equilíbrio 
Fases de equilíbrio: 
Suas propriedades ou características 
não mudam com o tempo. 
 
 
 
Fases metaestáveis: 
Suas propriedades ou características 
mudam lentamente com o tempo, ou 
seja, o estado de equilíbrio não é 
nunca alcançado. 
Aula 4 
29/04/2015 6 2015-1_CM_Aula04_DiagramaFase.pdf 
Interpretação do Diagrama de Fases 
Fases presentes 
Localiza-se a temperatura e composição 
desejada e verifica-se o número de fases 
presentes 
 
Composição química das fases 
•Para um sistema monofásico a 
composição é a mesma da liga 
•Para um sistema bifásico usa-se o método 
da linha de conexão (isoterma) 
 
Percentagem das fases 
• Ou quantidades relativas das fases 
• Faz-se uso da “regra da alavanca 
Diagrama de fase do sistema níquel-cobre 
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Regra da Alavanca 
• Composição das fases 
 
 
• Porcentagem das fases 
 Fase líquida Fase sólida 
Comp. Liq= 31,4% Ni e 68,9%Cu 
Comp. Sol. = 42,5,4 %Ni e %57,5Cu 
Fase líquida (CL) - 31.5 wt%Ni – 68.5 wt%Cu 
Fase sólida (Ca) - 42.5 wt%Ni – 57.5 wt%Cu. 
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Desenvolvimento da Microestrutura 
Representação do desenvolvimento de 
microestrutura durante a solidificação de uma 
liga com 35% de Ni e 65% de Cu 
Ponto Temp L a obs:
a 1300 L(35Ni) - Somente fase líquida 
b 1260 L(35Ni) a(46Ni)
- Primeiros sólidos a.
- Composição das duas fases é dada pela linha de conexão.
c 1250 L(32Ni) a(43Ni) - Composição das duas fases é dada pela linha de conexão.
d 1220 L(24Ni) a(35Ni) - Processo de solidificação virtualmente completo
e 1180 - a(35Ni) - Líquido resmanescente se solificará
Resfriamento lento 
Condição em equilíbrio 
Aula 4 
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Desenvolvimento da Microestrutura 
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. 
 
A solidificação fora do equilíbrio 
provoca a segregação (a distribuição 
dos 2 elementos no grão não é 
uniforme). 
Aula 4 
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Desenvolvimento da Microestrutura 
Representação do desenvolvimento de microestrutura durante 
a solidificação de uma liga com 35% de Ni e 65% de Cu 
Resfriamento RÁPIDO 
Condição fora do equilíbrio 
Ponto Temp L a aMédio obs:
a' 1300 L(35Ni) - - Somente fase líquida 
b' 1260 L(35Ni) a(46Ni) - - Primeiros sólidos a.
c' 1240 L(29Ni) a(40Ni) a(42Ni)
- Difusão é lenta. Ainda existe fase a de b'
- a(40Ni) ficou na região periférica. Considerou-se 
a(42Ni) como a concentracão média do grão.
- Considerando a regra da alavanca, existe uma 
proporcão maior de liquido na condicão sem equilibrio 
do que na com equilibrio. Desse modo a linha solidus 
(tracejada) é descolada para a direita.
d' 1220 L(24Ni) a(35Ni) a(38Ni)
- Em condicão do não equilibrio, essa uma parte 
consideravel de liquido.
e' 1205 L(21Ni) a(31Ni) a(35Ni) - Solidificão em não equilibrio finaliza.
f' 1180 - a(35Ni) - - Mostra a estrutura do material solido.
Aula 4 
29/04/2015 11 2015-1_CM_Aula04_DiagramaFase.pdf 
Reação Eutética 
Líquido  a +  
A solidificação se processa como em 
um metal puro, no entanto o produto 
apresenta 2 fases sólidas distintas. 
Aula 4 
29/04/2015 12 2015-1_CM_Aula04_DiagramaFase.pdf 
Reação Eutetóide 
a   +  
Uma fase sólida transforma-se em 
duas outras fases sólidas. 
Eutetóide 
Aula 4 
29/04/2015 13 2015-1_CM_Aula04_DiagramaFase.pdf 
Sistema Ferro – Carbono 
Aula 4 
29/04/2015 14 2015-1_CM_Aula04_DiagramaFase.pdf 
Ferro Puro 
Ferro a = Ferrita 
Ferro  = Austenita 
Ferro  = Ferrita  
Aula 4 
29/04/2015 15 2015-1_CM_Aula04_DiagramaFase.pdf 
DiagramaFe – Fe3C 
L+Fe3C 
EUTÉTICA 
L +Fe3C 
PERITÉTICA 
 +L  
+L 
+L 
EUTETÓIDE 
 a+Fe3C 
AÇO FOFO 
Aula 4 
29/04/2015 16 2015-1_CM_Aula04_DiagramaFase.pdf 
A austenita se transforma em perlita a uma temperatura de 727 
ºC e concentração de 0,76% de carbono. 
A perlita é uma estrutura lamelar constituída de lamelas de 
ferrita e cementita. 
Aços Carbono Eutetóides 
Fotomicrografia de um aço eutetóide mostrando a 
microestrutura de perlita consistindo de camadas 
alternadas de ferrita a (a fase clara) e de Fe3C 
(camadas finas, em sua maioria com aparência escura). 
500x 
Aula 4 
29/04/2015 17 2015-1_CM_Aula04_DiagramaFase.pdf 
Aços Carbono Hipoeutetóides 
A austenita se transforma em ferrita e perlita para 
concentrações de carbono menores que 0,76% . 
As quantidades de ferrita e perlita variam conforme a % de 
carbono e podem ser determinadas pela regra da alavanca 
Partes claras  ferrita pró eutetóide 
Aula 4 
29/04/2015 18 2015-1_CM_Aula04_DiagramaFase.pdf 
Aços Carbono Hipereutetóides 
A austenita se transforma em perlita e cementita para 
concentrações de carbono maiores que 0,76% . 
As quantidades de cementita e perlita variam conforme a % de 
carbono e podem ser determinadas pela regra da alavanca. 
Partes claras  cementita pró eutetóide 
Aula 4 
29/04/2015 19 2015-1_CM_Aula04_DiagramaFase.pdf 
Exercícios 
1 
Aula 4 
29/04/2015 20 2015-1_CM_Aula04_DiagramaFase.pdf 
Exercícios 
2 
3 
Aula 4 
29/04/2015 21 2015-1_CM_Aula04_DiagramaFase.pdf