Diagrama de fases

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8. Diagramas de fase 
em condições de 
equilíbrio
- Definições e conceitos básicos: 
identificação das fases, limite de 
solubilidade, microestrutura das fases
- Diagramas de equilíbrio binários 
isomorfos e eutéticos
- Reações eutetóides e peritéticas
- Sistema Fe-C e microestruturas que 
se formam no resfriamento lento
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SOLIDIFICAÇÃO
TODO O PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE PEÇAS 
METÁLICAS TEM INÍCO EM UM PROCESSO DE 
SOLIDIFICAÇÃO
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DIAGRAMA DE FASE OU DE 
EQUILIBRIO
1. IMPORTÂNCIA:
- 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
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2. SOLUBILIDADE DO SOLUTO E FASES
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
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3. FASES
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
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4. DIAGRAMA DE FASES OU DE EQUILÍBRIO
É COMO UM MAPA PARA A DETERMINAÇÃO DAS FASES 
PRESENTES, PARA QUALQUER TEMPERATURA E 
COMPOSIÇÃO, DESDE QUE A LIGA ESTEJA EM 
EQUILÍBRIO
- Termodinamicamente o equilíbrio é descrito em termos de 
energia livre (G)
- Um sistema está em equilíbrio quando a energia livre é 
mínima
O equilíbrio de fases é o reflexo da constância das 
características das fases com o tempo
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FUSÃO E ENERGIA LIVRE (G)
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4. FASES DE EQUILÍBRIO E FASES 
METAESTÁVEIS
Fases de equilíbrio: suas propriedades ou 
características não mudam com o tempo. 
Geralmente são representadas nos diagramas 
por letras gregas
Fases metaestáveis: suas propriedades ou 
características mudam lentamente com o tempo, 
ou seja, o estado de equilíbrio não é nunca 
alcançado. No entanto, não há mudanças muito 
perceptíveis com o tempo na microestrutura das 
fases metaestáveis.
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SOLIDIFICAÇÃO DE UM METAL PURO
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SOLIDIFICAÇÃO DE UMA LIGA BINÁRIA
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CONSTRUÇÃO DOS DIAGRAMAS DE 
FASE A PARTIR DAS CURVAS TÉRMICAS
São obtidas curvas térmicas para diferentes teores de 
soluto
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4.1. DIAGRAMA DE EQUILÍBRIO PARA 
SISTEMAS BINÁRIOS E ISOMÓRFOS
Isomorfo quando a solubilidade é completa (Exemplo: 
Sistema Cu-Ni)
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CURVA DE SOLIDIFICAÇÃO PARA UMA 
LIGA BINÁRIA ISOMORFA
Remoção do calor 
latente de fusão
Curva de solidificação
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INTERPRETAÇÃO DO DIAGRAMA DE 
EQUILÍBRIO
(CONSTITUIÇÃO DA LIGA)
- Fases presentes localiza-se a temperatura e 
composição desejada e verifica-se o número de fases presentes
- Composição química das fases usa-se o método 
da linha de conecção (isotérma)
Para um sistema monofásico a composição é a 
mesma da liga
- Percentagem das fases (quantidades 
relativas das fases) regra das alavancas
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SISTEMA Cu-Ni
DETERMINAÇÃO DAS FASES PRESENTES E DA 
COMPOSIÇÃO QUÍMICA DAS FASES
Comp. Liq= 32% de Ni e 68% de Cu
Comp. Sol. = 45% de Ni e 55% de Cu
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SISTEMA Cu-Ni
Determinação das quantidades relativas das 
fases
Composição das fases
Percentagem das fases
Fase líquida
Fase sólida
Comp. Liq= 31,4% Ni e 68,9%Cu
Comp. Sol. = 42,5,4 %Ni e %57,5Cu
L = S
R+S
S = R
R+S
L = C-C0
C-CL
L = Co-CL
C-CL
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Mudança na composição das fases 
durante o processo de solidificação
Ex: o centro do grão mais rico do elemento com o elemento de maior ponto de fusão)
centro do grão
A distribuição dos 2 elementos no grão não é uniforme.
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Mudança na composição das fases 
durante o processo de solidificação
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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
Como conseqüência da solidificação fora do equilíbrio 
tem-se a segregação (a distribuição dos 2 elementos no 
grão não é uniforme).
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SOLUBILIDADE
É dada pela linha solvus
LINHA SOLVUS
()
()
 +  LINHA SOLVUS
 + l
l + 
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SISTEMAS EUTÉTICOS BINÁRIOS
Reação eutética:
Líquido  + 
Neste caso a solidificação processa-se como num 
metal puro, no entanto o produto é 2 fases sólidas 
distintas.
Microestrutura do eutético:
LAMELAR camadas alternadas de fase e . 
Ocorre desta forma porque é a de menor percurso para a 
difusão
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REAÇÃO EUTÉTICA
Líquido  + 
LINHA SOLVUS
()
 +  ()
Indica solubilidade
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23HIPOEUTÉTICO E HIPEREUTÉTICO
HIPOEUTÉTICO COMPOSIÇÃO 
MENOR QUE O EUTÉTICO
HIPEREUTÉTICO COMPOSIÇÃO 
MAIOR QUE O EUTÉTICO
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MICROESTRUTURA DE UMA LIGA DE 
Sn-Pb HIPOEUTÉTICA
Região preta é a fase 
primária  rica em Pb
Lamelas são 
constituídas de fase 
rica em Pb e fase 
rica em Sn 
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REAÇÃO EUTETÓIDE: 
  + 
( 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
 + Líquido 
Uma fase sólida mais uma fase líquida transforma-se numa 
outra fase sólida
DIAGRAMA DE EQUILÍBRIO TENDO FASES 
INTERMEDIÁRIAS
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PERITÉTICO E EUTÉTICO
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PERITÉTICO
Envolve 3 fases em equilíbrio
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PERITÉTICO DUPLO
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EUTÉTICO, EUTETÓIDE E PERITÉTICO
Ponto de 
fusão 
congruente
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REAÇÃO MONOTÉTICA E EUTÉTICA
Dois líquidos imiscíveis formam uma fase sólida e
uma fase líquida (MONOTÉTICA)
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GRÁFICO ESQUEMÁTICO: PONTO DE 
FUSÃO E TRANSFORMAÇÕES ALOTRÓPICAS
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Sistema Fe-C ou Fe-Fe3C e
microestruturas que se
formam no resfriamento
lento
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DIAGRAMA DE FASE Fe-Fe3C
TRANSFORMAÇÃO ALOTRÓPICA
+Fe3C
+l
l+Fe3C
+Fe3C
CCC
CFC
CCC
+ 
+l
As fases ,  e  são soluções sólidas 
com Carbono intersticial
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FERRO PURO
FERRO  = FERRITA
FERRO  = AUSTENITA
FERRO  = FERRITA 
TF= 1534 C
Nas ligas ferrosas as fases ,  e  FORMAM 
soluções sólidas com Carbono intersticial
CARBONO
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DIAGRAMA DE FASE Fe-Fe3C
TRANSFORMAÇÔES
+l
l+Fe3C
+l
PERITÉTICA
+l→ EUTÉTICA
l→ +Fe3C
EUTETÓIDE
 →+Fe3C
AÇO FOFO
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Ferro Puro /Formas Alotrópicas
FERRO  = FERRITA
Estrutura= ccc
Temperatura 
“existência”= até 912 C
Fase Magnética até 768 C 
(temperatura de Curie)
Solubilidade máx do 
Carbono= 0,02% a 727 C
FERRO = AUSTENITA
Estrutura= cfc (tem + 
posições intersticiais)
Temperatura 
“existência”= 912 -
1394C
Fase Não-Magnética
Solubilidade máx do 
Carbono= 2,14% a 
1148C
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Ferro Puro /Formas Alotrópicas
FERRITA AUSTENITA
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Ferro Puro /Formas Alotrópicas
FERRO  = FERRITA 
Estrutura= ccc 
Temperatura “existência”= acima de 1394C
Fase Não-Magnética
É a mesma que a ferrita 
Como é estável somente a altas temperaturas 
não apresenta interesse comercial
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Sistema Fe-Fe3C
Ferro Puro= até 0,02% de Carbono
Aço= 0,02 até 2,06% de Carbono
Ferro Fundido= 2,1-4,5% de Carbono
Fe3C (CEMENTITA)= Forma-se quando o 
limite de solubilidade do carbono é 
ultrapassado (6,7% de C)
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CEMENTITA (Fe3C)
Forma-se quando o limite de solubilidade do 
carbono é ultrapassado (6,7% de C)
É dura e frágil
Cristaliza no sitema ortorrômbico (com 12 átomos 
de Fe e 4 de C por célula unitária)
é um composto intermetálico metaestável, 
embora a velocidade de decomposição em ferro 
 e C seja muito lenta
A adição de Si acelera a decomposição da 
cementita para formar grafita
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PONTOS IMPORTANTES DO SISTEMA Fe-Fe3C 
(EUTÉTICO)
LIGA EUTÉTICA: corresponde à liga de 
mais baixo de fusão
Líquido →FASE  (austenita) + cementita
- Temperatura= 1148 C
- 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
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PONTOS IMPORTANTES DO SISTEMA Fe-Fe3C 
(EUTETÓIDE)
LIGA EUTETÓIDE → corresponde à liga de 
mais baixa temperatura de transformação 
sólida
Austenita FASE  (FERRITA) + Cementita
- Temperatura= 725 C
- Teor de Carbono= 0,8 %
Aços com 0,02-0,8% de C são chamadas de aços 
hipoeutetóides
Aços com 0,8-2,1% de C são chamadas de aços 
hipereutetóides
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MICROESTRUTURAS / EUTETÓIDE
Supondo resfriamento lento para manter o equilíbrio
É similar ao eutético 
Consiste de lamelas alternadas de fase  (ferrita) e 
Fe3C (cementita) chamada de 
PERLITA
FERRITA lamelas + espessas e claras
CEMENTITA lamelas + finas e escuras
Propriedades mecânicas da perlita 
• intermediária entre ferrita (mole e dúctil) e cementita 
(dura e frágil)
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MICROESTRUTURAS / EUTETÓIDE
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MICROESTRUTURA DO AÇO EUTETÓIDE 
RESFRIADO LENTAMENTE
Somente Perlita
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MICROESTRUTURAS /HIPOEUTETÓIDE
Supondo resfriamento lento para manter o equilíbrio
Teor de Carbono = 0,002- 0,8 
%
Estrutura 
Ferrita + Perlita
As quantidades de ferrita e 
perlita variam conforme a 
% de carbono e podem ser 
determinadas pela regra das 
alavancas
Partes claras pró 
eutetóide ferrita
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MICROESTRUTURA DOS AÇOS BAIXO 
TEOR DE CARBONO
Ferrita Perlita
AÇO COM ~0,2%C
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MICROESTRUTURA DOS AÇOS MÉDIO TEOR DE 
CARBONO RESFRIADOS LENTAMENTE
Ferrita Perlita
AÇO COM ~0,45%C
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MICROESTRUTURAS /HIPEREUTETÓIDE
Supondo resfriamento lento para manter o equilíbrio
Teor de Carbono = 0,8-2,06 
%
Estrutura 
cementita+ Perlita
As quantidades de 
cementita e perlita variam 
conforme a % de carbono e 
podem ser determinadas 
pela regra das alavancas
Partes claras pró 
eutetóide cementita
ALGUNS DIAGRAMAS
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Micrografia da Liga Al-3,5%Cu no 
Estado Bruto de Fusão
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57
Sistema Mg-Pb