Cap 5 - Transformações Difusionais em Sólidos
55 pág.

Cap 5 - Transformações Difusionais em Sólidos


DisciplinaTransformação de Fases29 materiais263 seguidores
Pré-visualização15 páginas
os sob a 
influência de uma força de condução 
mais pequeno do que a 130" C e a 
dispersão resultante precipitado Por 
conseguinte, é mais grossa. Além 
disso, a fracção de volume de 8 imo 
max- "é reduzida. Ambos estes 
factores contribuem para uma dureza 
de pico mais baixa sobre o 
envelhecimento a uma temperatura 
mais elevada (comparar Fig. 5.37a e 
b). No entanto, as taxas de difusão são 
mais rápidos a temperaturas mais 
elevadas e pico dureza é, assim, 
conseguida depois de tempos de 
envelhecimento mais curtos. pode ver-se que a 130 "C dureza de pico no A1-4.5% em peso da 
liga CU não é alcançado por várias dezenas de dias. As temperaturas que podem ser utilizados no 
tratamento térmico das ligas comerciais são limitados por considerações de ordem económica 
para aqueles que produzem as propriedades desejadas dentro de um período razoável de tempo, 
normalmente até -24 h. Em algumas ligas de alta resistência uso é, por conseguinte, feita de um 
tratamento de envelhecimento dupla, em que o envelhecimento é realizado em dois passos: 
primeiro a uma temperatura relativamente baixa abaixo da zona solvus GP, e, em seguida, aí uma 
temperatura mais elevada. Fn desta forma uma dispersão fina de zonas GP obtidas durante a 
primeira fase pode actuar como locais de nucleação para a precipitação heterogéneos no 
tsmperature superior. Este tipo de tratamento pode conduzir a um precipitado distribuição mais 
fina do que seria obtido a partir de um único tratamento de envelhecimento a uma temperatura 
mais elevada. 
Outro tratamento é utilizado comercialmente para dar à liga uma deformação 
controlada, quer antes de uma idade de fase única ou entre as duas fases de um tratamento de 
envelhecimento dupla. A resistência da liga após este tratamento pode ser aumentada por uma 
maior densidade precipitado, resultante de uma velocidade de nucleação superior, e por as redes 
de deslocamento acumulados que também actuam como uma barreira à deformação adicional. No 
entanto, antes da deformação envelhecimento nem sempre resulta numa melhoria das 
propriedades. Em alguns casos, a deformação pode levar a uma distribuição mais grosseira 
precipitado. 
Precipitação endurecimento é comum a muitos sistemas de liga leve. Alguns dos 
sistemas mais importantes estão listadas na Tabela 5.2. Algumas ligas comerciais são listados na 
Tabela 5.3, juntamente wilh suas propriedades mecânicas. Em muitos dos sistemas thesc é 
possível chegar muito perto da força máxima teórica da matriz, isto é, sobre ~ jj, / 30. No entanto, 
as ligas de engenharia não são tratadas termicamente por si só para a força máxima. Além disso, 
deve ser dada a dureza, resistência à corrosão estresse, fadiga, etc., ao decidir sobre o melhor 
tratamento térmico na prática. 
 
5.5.5. Decomposição Espinoidal 
 
Foi mencionado no início deste capítulo, que há certas transformações em que não há 
barreira para nucleação. Um destes é o modo de transformação espinodal. Considere-se um 
Centro Acadêmico de Engenharia Metalúrgica - UFC 
diagrama de fases com um intervalo de miscibilidade, como mostrado na Fig. 5.38a, - Se uma 
composição de liga com XQ solução é tratada a uma TI de alta temperatura e, em seguida, 
temperada a uma temperatura inferior a T2 composição será inicialmente o mesmo em toda a sua 
energia livre e será G0 na curva G na Fig. 5.38b. No entanto, a liga será imediatamente instável 
porque as pequenas flutuações na composição que produzem A-ricos e regiões ricas em B fará 
com que a energia livre total para diminuir. Portanto, "up-hill" difusão ocorre como mostrado na 
Fig. 5,39 até que as composições em equilíbrio X \ e X2 são atingidos. 
O processo acima pode ocorrer por qualquer composição de liga em que a curva de energia livre 
tem uma curvatura negativa, ou seja, 
 
 
 
 
 
 
309 
 
 
Figo. 5.38 Ligas entre os pontos espinodal são instáveis e podem decompor-se em duas 
fases coerentes um e a2 sem superar uma barreira de energia de ativação. Ligas entre as aberturas 
e a miscibilidade coerentes spinoda! são metaestáveis e pode decompor-se só depois nudeation 
da outra fase. 
Portanto, a liga deve situar-se entre os dois pontos de inflexão na curva de energia livre. 
O lugar geométrico dos pontos sobre o diagrama de fases, a Fig. 5.32a, é conhecido como o 
produto químico espinodal. 
Se a liga reside outsidò o spinodal, pequenas variações na composição íead a um mcrease 
em energia livre e, portanto, a liga é metastable. A energia livre do sistema só pode ser reduzida 
Centro Acadêmico de Engenharia Metalúrgica - UFC 
neste caso, se os núcleos são formados com uma composição muito diferente da mairix. Por 
conseguinte, fora da espinodal a transformação deve prosseguir por um processo de nucleação e 
de crescimento. Normal difusão em declive ocorre em SIGH caso, como mostrado na Fig. 5,40; 
A taxa de transformação espinodal é controlada através do coeficiente de interdifusão, D. 
Dentro do espinodal D <U e os fiuctuatínns composição mostrada na Fig. 5,39 vai, portanto, 
aumentar exponencialmente, com o tempo, com uma característica de tempo constante T = -
\u28e2/4\ud835\udf0b2D) em que \u28e é o comprimento de onda das modulações composição (assumido 
unidimensional). A taxa de transformação pode, portanto, tornar-se muito alta, fazendo uma tão 
pequena quanto possível. No entanto, como será mostrado abaixo, há um valor mínimo de uma 
decomposição espinodal abaixo da qual não pode ocorrer. A fim de ser capaz de calcular o 
comprimento de onda das flutuações de composição que se desenvolvem na prática, é necessário 
considerar a dois factores importantes que foram omitidos a partir da discussão acima: (1) os 
efeitos da energia interfacial, e (2) a energia coerência estirpe efeitos. Se uma liga homogénea da 
composição Xo decompõe-se em duas partes com uma composição X0+ \u394X e outro com 
composição Xo - \u394X, pode ser mostrado that7 a energia química total livre vai mudar de um 
montante AGc, dado por 
 
 
 
Centro Acadêmico de Engenharia Metalúrgica - UFC 
 
Se, no entanto, as duas regiões são finamente dispersos e coerente com cada outra, haverá 
uma mudança de energia adicional devido aos efeitos interfaciais de energia. Embora. durante os 
primeiros estágios de decompositlon spinodal. a interface entre as regiões ricas e A-rico-B não é 
forte, mas muito difusa, ainda há uma contribuição eficaz da energia interfacial. A magnitude 
desta energia depende do gradiente de composição através da interface, e por esta razão, é 
conhecido como um &quot;gradiente de energia&quot;. Em soluções sólidas que tendem a agrupar o de 
energia como o átomo de pares é menor do que ao contrário de pares. Assim a origem do gradiente 
de energia é o aumento do número de vizinhos ao contrário mais próxima I numa solução 
contendo gradientes de composição em comparação com .uma solução homogénea. Para uma 
composição modulação sinusoidal &quot; modulação composição 'de comprimento de onda \u28e e de 
amplitude \u394X a inclinação máxima composição é pro-, eu proporcional a (\u394X / \u28e) eo g; adient 
termo de energia AGc, é dada por 
 
em que K é uma constante de proporcionalidade dependente da difterence nas energias 
de ligação de pares de átomos semelhantes e não semelhantes. 
Se os tamanhos dos átomos que constituem a solução sólida são diferentes, a geração de 
diferenças de composição irá introduzir um termo de energia de deformação coerência. AGs. Se 
o desajuste entre o A-rico e B é rico em regiões \u3b4, AGs, E\u3b42 = onde E é o módulo de Young. Para 
uma diferença total de composição \u394X, \u3b4 vai ser dada por (da / dX) \u394X/a, onde a é o parâmetro 
de rede. Um tratamento exato da energia de deformação elástica mostra que 
 
ou seja, \u272 é a mudança fracional no parâmetro