Diagramas de Fase em Sistemas Binários

Prévia do material em texto

17/05/2019
1
DIAGRAMAS 
DE FASEDE FASE
Prof. Dr. José Aguiar
17/05/2019
2
� Representações gráficas das fases ou
estados de substancias que estão presentes
em um sistema a várias temperaturas,
pressões e composições.
� Os mais comuns são os de
CONSIDERAÕES INICIAISCONSIDERAÕES INICIAIS
temperatura versus pressão e composição.
� Fornece informações termodinâmicas sobre
um sistema em equilíbrio.
◦ 1. FASES PRESENTES
◦ 2. COMPOSIÇÃO DAS FASES
17/05/2019
3
• É um “mapa” que mostra quais
fases são as mais estáveis nas
diferentes temperaturas, pressões
e composições.
• Existe uma relação direta entre as
propriedades dos materiais
POR QUE ESTUDAR DIAGRAMAS DE FASES?POR QUE ESTUDAR DIAGRAMAS DE FASES?
propriedades dos materiais
(materia) e as suas estruturas.
17/05/2019
4
• Componentes:
– São elementos químicos e/ou
compostos que constituem
fases.
• Fase:
– Uma parte estruturalmente
homogênea do sistema, que
DEFINIÇÕES IMPORTANTESDEFINIÇÕES IMPORTANTES
homogênea do sistema, que
possui propriedades físicas e
químicas características.
– Fronteira de Fase - Representa
uma DESCONTINUIDADE OU
TRANSIÇÃO na estrutura e/ou
composição e estão
representadas por linhas que
dividem cada região do
diagrama de fase.
17/05/2019
5
Região A: é a região que nos mostra
quais são as condições de
temperatura e pressão para que o
estado líquido seja predominante.
Região B: é a região que nos mostra
quais são as condições de
temperatura e pressão para que o
DEFINIÇÕES IMPORTANTESDEFINIÇÕES IMPORTANTES
temperatura e pressão para que o
estado vapor seja predominante.
Região C: é a região que nos
mostra quais são as condições de
temperatura e pressão para que o
estado sólido seja predominante.
17/05/2019
6
DEFINIÇÕES IMPORTANTESDEFINIÇÕES IMPORTANTES
Entre A e B: essa curva é chamada de curva
condensação, na qual temos as condições de
temperatura e pressão para que as fases líquida e
gasosa coexistam em equilíbrio. É zona limítrofe
entre os estados líquido e vapor. Assim,
qualquer ponto localizado sobre ela indica que
teríamos a substância nos estados líquido e
vapor.
Entre C e A: essa curva é chamada de curva
solidificação, na qual temos as condições de
temperatura e pressão para que as fases sólida etemperatura e pressão para que as fases sólida e
líquida coexistam em equilíbrio. É zona limítrofe
entre os estados sólido e líquido. Assim,
qualquer ponto localizado sobre ela indica que
teríamos a substância nos estados sólido e
líquido.
Entre C e B: essa curva é chamada de curva
ressublimação, na qual temos as condições de
temperatura e pressão para que as fases sólida e
gasosa coexistam em equilíbrio. É zona limítrofe
entre os estados sólido e vapor. Assim, qualquer
ponto localizado sobre ela indica que teríamos a
substância nos estados sólido e vapor.
17/05/2019
7
DEFINIÇÕES IMPORTANTESDEFINIÇÕES IMPORTANTES
O ponto crítico (C) indica qual é a condição
para que as fases líquido e vapor desapareça, ou
seja, a partir desse ponto teremos a substância
no estado gasoso. Assim teremos uma única
fase uniforme. No caso da água, isso ocorre a
uma temperatura crítica (tc) de 374 oC e uma
pressão de 218 atm. A partir desses valores de
temperatura e pressão temos a água gasosa.
Ponto T: No ponto T, que é o ponto triplo,Ponto T: No ponto T, que é o ponto triplo,
temos um grau de liberdade igual a zero,
pois não temos a liberdade de variar nem a
temperatura nem a pressão.
Região Sólida: Se determinarmos um valor
específico de temperatura (de baixo para cima,
na vertical, teremos vários valores de pressão
que determinariam esse estado. Se fizermos o
inverso, determinando um valor fixo de pressão
(da esquerda para a direita) o mesmo ocorreria
com a temperatura. Por conta disso dizemos
que o grau de liberdade é igual a 2.
17/05/2019
8
https://phet.colorado.edu/sims/html/states-of-matter/latest/states-of-matter_pt_BR.html
17/05/2019
9
� Informação que podemos obter dos diagramas de fase:
◦ 1. Conhecer que fases estão presentes a diferentes composições e
temperaturas em condições de resfriamento lento (equilíbrio);
◦ 2. Averiguar a solubilidade, no estado sólido e no equilíbrio, de um elemento
DIAGRAMAS DE FASESDIAGRAMAS DE FASES
◦ 2. Averiguar a solubilidade, no estado sólido e no equilíbrio, de um elemento
(ou composto) em outro;
◦ 3. Determinar a temperatura na qual uma liga resfriada sob condições de
equilíbrio começa a solidificar e a temperatura na qual ocorre a
solidificação;
◦ 4. Conhecer a temperatura de fusão de diferentes fases.
17/05/2019
10
� Num sistema binário isomorfo, os dois componentes são
completamente solúveis um no outro.
SISTEMAS BINÁRIOSSISTEMAS BINÁRIOS ISOMORFOSISOMORFOS
17/05/2019
11
� A leitura de diagramas
isomorfos é feita
primeiramente definindo o
par composição-
temperatura desejado. Esse
SISTEMAS BINÁRIOSSISTEMAS BINÁRIOS ISOMORFOSISOMORFOS
TB
temperatura desejado. Esse
par define um ponto no
diagrama. Ex: B ouA
Cu 100%
Ni 100%
TA
17/05/2019
12
Sistemas Sistemas Binários Binários ––Três fases Três fases emem equilíbrioequilíbrio
• As principais
reações, em
sistemas
binários
• Em um sistema binário, quando 3 fases estão em equilíbrio o número de
graus de liberdade F é zero. Assim, o equilíbrio é invariante, ou seja, o
equilíbrio entre 3 fases ocorre em uma determinada temperatura e as
composições das 3 fases são fixas.
• LIQUIDO = 2FS
binários
envolvendo 3
fases são:
• SÓLIDO+LIQUIDO = 1FS
• LIQUIDO = L+S
• SÓLIDO = 2FS
• 2FS = 1FS
17/05/2019
13
Sistemas Sistemas Binários Binários ––Três fases Três fases emem equilíbrioequilíbrio
17/05/2019
14
� As reações eutética, peritética e monotética formam parte
do processo de solidificação. As ligas que se utilizam para
fundição ou soldagem em geral aproveitam o baixo ponto
de fusão da reação eutética.
� O diagrama de fases das ligas monotéticas tem uma zona
de miscibilidade, onde coexistem duas fases líquidas. No
sistema cobre-chumbo, a reação monotética produz
minúsculos glóbulos de chumbo disperso, que melhoram a
capacidade de usinagem da liga de cobre.capacidade de usinagem da liga de cobre.
� As reações peritéticas conduzem à solidificação fora de
equilíbrio e à segregação. As reações eutetóide e
peritetóide são reações exclusivas do estado sólido.
� A reação eutetóide forma a base do tratamento térmico de
vários sistemas de ligas, incluindo o aço. A reação
peritetóide é extremamente lenta, produzindo nas ligas
estruturas fora de equilíbrio não desejáveis.
17/05/2019
15
FundidosFundidos FerrososFerrosos
Aspectos Tecnológicos
17/05/2019
16
O ponto A corresponde ao
ponto de fusão do ferro puro que
é igual a 1538 °C.
A região superior do diagrama
constituída pelas linhas AC, CD,
AE e ECF delimitam as reações
que ocorrem na mudança de
estado líquido para o sólido.
Diagrama de FaseDiagrama de Fase
A
C
D
E
F
estado líquido para o sólido.
A região inferior do diagrama,
formada pelas linhas GS, SE e PSK
indicam que somente ocorrem
reações de mudança de fase no
estado sólido.
G
S K
P
17/05/2019
17
+
+
Ferrita delta
+
Ferrita delta
+
17/05/2019
18
Sistemas Binários – Três fases 
em equilíbrio
17/05/2019
19
Sistemas Binários – Três fases 
em equilíbrio
• Ponto Eutético: 1 líquido se transforma em 2 
sólidos. 
Ex.: L Austenita + Cementita
• Ponto Eutetóide: 1 sólido se transforma em 2 • Ponto Eutetóide: 1 sólido se transforma em 2 
sólidos. 
Ex.: Austenita Ferrita + Cementita
• Ponto Peritético: 1 sólido +1 líquido se 
transforma em 1 sólido.
Ex.: Líquido + ferrita delta Austenita17/05/2019
20
MICROESTRUTURAS EM SISTEMASMICROESTRUTURAS EM SISTEMAS
17/05/2019
21
17/05/2019
22