DIAGRAMA DE FASES (Regra da Alavanca)

Prévia do material em texto

1
DIAGRAMAS DE FASE
Prof. Rubens Caram
R. Caram - 2
CONCEITOS GERAIS
„ DIAGRAMAS DE FASES: REPRESENTAÇÃO GRÁFICA DAS FASES 
PRESENTES EM UM SISTEMA MATERIAL DE ACORDO COM AS 
CONDIÇÕES DE PRESSÃO, TEMPERATURA E COMPOSIÇÃO
„ FASE: EM TERMOS DE MICROESTRUTURA, FASE É UMA REGIÃO 
QUE DIFERE DE OUTRA EM RELAÇÃO À ESTRUTURA CRISTALINA 
E/OU COMPOSIÇÃO
„ MAIORIA DOS DIAGRAMAS DE FASE É OBTIDA EM CONDIÇÕES DE 
EQUILÍBRIO
„ INFORMAÇÕES OBTIDAS DE DIAGRAMAS DE FASES:
„ FASES PRESENTES EM DIFERENTES CONDIÇÕES
„ SOLUBILIDADES SÓLIDAS DE UM COMPONENTE NO OUTRO
„ TRANSFORMAÇÕES DE FASE
„ FORMAÇÃO DE NOVAS FASES DE UM SISTEMA
Equilíbrio 
Instável Equilíbrio Metaestável
Equilíbrio 
Estável
R. Caram - 3
LIGAS METÁLICAS
„ CONCEITO DE SE ASSOCIAR PUREZA DE UM MATERIAL AO 
ÓTIMO DESEMPENHO DO MESMO NEM SEMPRE É CORRETO 
EM ENGENHARIA
„ MAIORIA DOS PRODUTOS METÁLICOS É COMBINAÇÃO DE 
DOIS OU MAIS ELEMENTOS, COM O OBJETIVO DE 
APRIMORAR PROPRIEDADES
„ TIPOS DE LIGAS EM FUNÇÃO DA MICROESTRUTURA:
„ LIGAS MONOFÁSICAS
„ EXISTE SOLUBILIDADE DO SOLUTO NO SOLVENTE
„ NÃO OCORRE A FORMAÇÃO DE PRECIPITADOS
„ LIGAS POLIFÁSICAS
„ SOLUBILIDADE DO SOLUTO NO SOLVENTE FOI 
ULTRAPASSADA, FORMANDO UM SEGUNDA FASE 
QUE PODE SER: SOLUÇÃO SÓLIDA OU COMPOSTO 
INTERMETÁLICO
R. Caram - 4
LIGAS METÁLICAS
„ LIGA 
MONOFÁSICA
„ LIGA 
POLIFÁSICA
Austenita
Nb2Al
Al3Nb
AlNbNi
R. Caram - 5
SUBSTÂNCIA PURA
Diagrama de Fases do Cobre„ FASES:
„ SÓLIDO
„ LÍQUIDO
„ VAPOR
„ NO PONTO TRIPLO:
„ AS TRÊS FASES EM 
EQUILÍBRIO
„ NA LINHA DE SOLIDIFICAÇÃO:
„ SÓLIDO E LÍQUIDO EM 
EQUILÍBRIO
„ NA LINHA DE VAPORIZAÇÃO:
„ VAPOR E LÍQUIDO EM 
EQUILÍBRIO 
R. Caram - 6
MAIS DE UM COMPONENTE
„ UM DIAGRAMA DE FASE É MUITO ÚTIL QUANDO SE ANALISA A 
INFLUÊNCIA DA COMPOSIÇÃO NA ESTABILIDADE DE FASES
„ ALÉM DA PRESSÃO E TEMPERATURA, A COMPOSIÇÃO É A 
OUTRA VARIÁVEL DO SISTEMA
„ INTERPRETAR DIAGRAMAS DE FASES EM FUNÇÃO DAS TRÊS 
VARIÁVEIS EXIGE O EMPREGO DE FIGURAS TRIDIMENSIONAIS, 
O QUE TORNA TAL TAREFA COMPLEXA
„ SOLUÇÃO: REDUÇÃO DO NÚMERO DE VARIÁVEIS
„ EM METALURGIA, O ESTADO DE VAPOR É IMPORTANTE EM 
APENAS POUCAS OCASIÕES
„ NA MAIORIA DOS PROCESSOS INDUSTRIAIS APENAS OS 
ESTADOS SÓLIDO E LÍQUIDO ESTÃO PRESENTES
„ ASSIM, MANTER A PRESSÃO CONSTANTE E IGUAL A 1 ATM 
É UMA ALTERNATIVA INTERESSANTE NA ANÁLISE DOS 
DIAGRAMAS DE FASE.
R. Caram - 7
TIPOS DE DIAGRAMAS DE FASES
T
e
m
p
e
r
a
t
u
r
a
Composição em % em peso ou em % atômica
fase 1
fase 2
fase 3
fase 4
„ VARIÁVEIS DE DIAGRAMAS DE FASES METÁLICOS: 
TEMPERATURA E COMPOSIÇÃO
„ DIAGRAMAS DE FASES COM MAIS DE UM COMPONENTE 
PODEM SER DE DOIS TIPOS, EM FUNÇÃO DA PRECIPITAÇÃO 
OU NÃO DE SEGUNDAS FASES
„ DIAGRAMA DE FASES ISOMORFOS
„ APENAS UMA FASE NO ESTADO SÓLIDO EXISTE
„ DIAGRAMA DE FASES ANISOMORFOS
„ DUAS OU MAIS FASES SÓLIDAS SÃO OBSERVADAS
R. Caram - 8
SISTEMAS ISOMORFOS
„ COMPONENTES TÊM A MESMA ESTRUTURA CRISTALINA
„ RAIOS ATÔMICOS TEM VALORES PRÓXIMOS
„ COMPATIBILIDADE ELETROQUÍMICA
„ EXEMPLO CÁSSICOS: SISTEMA Ni-Cu
„ OBS.: EM DIAGRAMAS DE FASES, AS FASES SÓLIDAS SÃO 
DESIGNADAS POR LETRAS GREGAS: α, β, χ, δ, ε, φ, γ.....
R. Caram - 9
EXEMPLO
R. Caram - 10
EXEMPLO
R. Caram - 11
EXEMPLO
R. Caram - 12
REGRA DA ALAVANCA
„ REGRA DA ALAVANCA PERMITE DETERMINAR A QUANTIDADE 
RELATIVA DE UMA FASE PARA UMA DADA CONDIÇÃO
„ ONDE:
„ Co = CONCENTRAÇÃO DA LIGA
„ Cα = CONCENTRAÇÃO DE B NA FASE α
„ Cβ = CONCENTRAÇÃO DE B NA FASE β
„%α = QUANTIDADE RELATIVA DA FASE α
„%β = QUANTIDADE RELATIVA DA FASE β
%100
CC
CC
% O ×−
−=α
αβ
β
%100
CC
CC% o ×−
−=β
αβ
α
R. Caram - 13
SISTEMAS ANISOMORFOS
„ CARACTERIZAM-SE POR FORMAR MAIS DE UMA FASE NO ESTADO 
SÓLIDO
„ PRINCIPAIS SISTEMAS ANISOMORFOS:
„ SISTEMA EUTÉTICO
LÍQUIDO ' FASE α + FASE β
„ SISTEMAS SEMELHANTES AO EUTÉTICO
„ MONOTÉTICO
LÍQUIDO ' LÍQUIDO + FASE α
„ EUTETÓIDE
FASE β ' FASE α + FASE γ
„ SISTEMA PERITÉTICO
LÍQUIDO + FASE β ' FASE α
„ SISTEMAS SEMELHANTES AO PERITÉTICO
„ PERITETÓIDE
FASE α + FASE γ ' FASE β
R. Caram - 14
SISTEMA EUTÉTICO
„ REAÇÃO CARACTERÍSTICA:
LÍQUIDO ' FASE α + FASE β
R. Caram - 15
SISTEMA EUTÉTICO
R. Caram - 16
SISTEMA EUTÉTICO
R. Caram - 17
SISTEMA EUTÉTICO
R. Caram - 18
SISTEMA EUTÉTICO
R. Caram - 19
SISTEMA EUTÉTICO
R. Caram - 20
SISTEMA EUTÉTICO
R. Caram - 21
LIGAS EUTÉTICAS
0 5 10 15 20 25
Compressive Strain (%)
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
C
o
m
p
r
e
s
s
i
v
e
 
S
t
r
e
s
s
 
(
M
P
a
) NiAl-Mo (300 K)
NiAl (300 K)
NiAl-Mo (1273 K)
NiAl (1273 K)
NiAl Mo
R. Caram - 22
EXERCÍCIO
„ Determine as fases presentes e suas quantidades relativas em uma
liga Pb-50%Sn (em peso) nas seguintes condições:
„ À temperatura ambiente
„ A 200 oC
„ A 300 oC
R. Caram - 23
SISTEMA EUTÉTICO
R. Caram - 24
SISTEMA Ag-Cu
R. Caram - 25
SISTEMA Ag-Cu
R. Caram - 26
SISTEMA EUTÉTICO
R. Caram - 27
SISTEMA EUTÉTICO
NaCl % em peso
T
e
m
p
e
r
a
t
u
r
a
 
(
o
C
)
5 10 15 20 25 30
-30
-20
-10
0
Patamar eutético
Ponto 
eutético
23,3%
Líquido
Gelo + Sal
R. Caram - 28
SISTEMA MONOTÉTICO
„ REAÇÃO CARACTERÍSTICA:
LÍQUIDO ' LÍQUIDO + FASE α
R. Caram - 29
SISTEMA MONOTÉTICO
R. Caram - 30
SISTEMA MONOTÉTICO
R. Caram - 31
SISTEMA EUTETÓIDE
„ REAÇÃO CARACTERÍSTICA:
FASE β ' FASE α + FASE γ
R. Caram - 32
SISTEMA EUTETÓIDE
R. Caram - 33
SISTEMA PERITÉTICO
„ REAÇÃO CARACTERÍSTICA:
LÍQUIDO + FASE β ' FASE α
R. Caram - 34
SISTEMA PERITÉTICO
R. Caram - 35
SISTEMA PERITÉTICO
R. Caram - 36
SISTEMA PERITETÓIDE
„ REAÇÃO CARACTERÍSTICA:
FASE α + FASE γ ' FASE β
R. Caram - 37
SISTEMA PERITETÓIDE
R. Caram - 38
EXEMPLO
R. Caram - 39
EXEMPLO
R. Caram - 40
EXEMPLO
R. Caram - 41
EXEMPLO
R. Caram - 42
EXEMPLO
R. Caram - 43
EXEMPLO
R. Caram - 44
OBTENÇÃO DE DIAGRAMAS
„ OBTENÇÃO DE DIAGRAMAS DE FASE ENVOLVE TÉCNICAS 
SOFISTICADAS COMO A DIFRAÇÃO DE RAIOS-X, DILATOMETRIA E 
ANÁLISE TÉRMICA
„ ANÁLISE DE CURVAS DE RESFRIAMENTO PERMITE OBTER 
DIAGRAMAS POUCO COMPLEXOS
R. Caram - 45
REGRAS DAS FASES
„ PARTINDO DE CONSIDERAÇÕES TERMODINÂMICAS, J.W. 
GIBBS ESTABELECEU A REGRAS DAS FASES:
P+F=C+2
„ P – NO DE FASES QUE COEXISTEM NO SISTEMA
„ P – NO DE COMPONENTES NO SISTEMA
„ F – GRAU DE LIBERDADE DO SISTEMA OU NO DE 
VARIÁVEIS (P, T, C) QUE PODEM SER ALTERADAS 
INDEPENDENTEMENTE SEM ALTERAR A ESTABILIDADE 
DO SISTEMA
R. Caram - 46
REGRAS DAS FASES
„ ANÁLISE DO DIAGRAMA PT DA ÁGUA PURA
„ PONTO TRIPLO:
P+F=C+2 J P=3, C=1 J F=0
NENHUMA VARIÁVEL PODE SER ALTERADA
„ UM PONTO SOBRE A LINHA DE 
SOLIDIFICAÇÃO:
P+F=C+2 J P=2, C=1 J F=1
1 VARIÁVEL PODE SER ALTERADAS
„ UM PONTO DENTRO DE UM CAMPO 
MONOFÁSICO:
P+F=C+2 J P=1, C=1 J F=2
2 VARIÁVEIS PODEM SER ALTERADAS
R. Caram - 47
REGRAS DAS FASES
„ ANÁLISE DE DIAGRAMAS BINÁRIOS
„ SISTEMAS METÁLICOS DE INTERESSE SÃO 
ANALISADOS SOB PRESSÃO CONSTANTE
„ VARIÁVEIS: TEMPERATURA E PRESSÃO:
P+F=C+1
„ QUADRO DE POSSIBILIDADE
032
1 (T ou C DAS FASES)22
2 (T e C DAS FASES)12
F – GRAU DE 
LIBERDADE
P- FASESC – COMPONENTES
R. Caram - 48
REGRAS DAS FASES
„ NO CASO DE 2 FASES EM EQUILÍBRIO EM UM SISTEMA BINÁRIO, 
F=1
„ ESCOLHIDA UMA TEMPERATURA NA QUAL 2 FASES ESTEJAM 
EM EQUILÍBRIO, AS COMPOSIÇÕES DAS MESMAS ESTÃO 
UNIVOCAMENTEDETERMINADAS
„ MUDANÇA DA TEMPERATURA IMPLICA NA ALTERAÇÃO DE 
COMPOSIÇÃO DAS FASES
032
1 (T ou C DAS FASES)22
2 (T e C DAS FASES)12
F – GRAU DE 
LIBERDADE
P- FASESC – COMPONENTES
R. Caram - 49
REGRA DAS FASES
„ ANÁLISE DO SISTEMA Pb-Sn
(BINÁRIO)
P+F=C+1
„ PONTO 1:
P=1, C=2 J F=2
PODE-SE ESCOLHER T E C DA FASE
„ PONTO 2:
P=2, C=2 J F=1
PODE-SE ESCOLHER T OU C DA FASE
„ PONTO 3:
P=3, C=2 J F=0
NÃO É POSSÍVEL ESCOLHER T OU C 
R. Caram - 50
LIGAS DE ALUMÍNIO
ENDURECIMENTO ATRAVÉS DE SOLUBILIZAÇÃO, 
PRECIPITAÇÃO E ENVELHECIMENTO
R. Caram - 51
LIGAS DE ALUMÍNIO
SÃO DIVIDIDAS EM SÉRIES, DE ACORDO COM O 
PRINCIPAL ELEMENTO DE LIGA:
6XXX – MAGNÉSIO E 
SILÍCIO
7XXX – ZINCO
8XXX – OUTROS 
ELEMENTOS
9XXX – LIGAS NÃO 
USUAIS
1XXX – ALUMÍNIO 
PURO
2XXX – COBRE
3XXX – MANGANÊS
4XXX – SILÍCIO
5XXX – MAGNÉSIO
R. Caram - 52
LIGAS DE ALUMÍNIO
R. Caram - 53
LIGAS DE ALUMÍNIO
7050
R. Caram - 54
LIGAS DE ALUMÍNIO
LIGA 6061
titânio
R. Caram - 55
LIGAS FERROSAS
-LIGAS Fe-C SÃO 
DIVIDIDAS EM DOIS 
GRANDES GRUPOS:
•AÇOS (ATÉ 2,11% DE C)
•FERROS FUNDIDOS 
(ACIMA DE 2,11% DE C)
R. Caram - 56
AÇOS CARBONO
Aço 1045 Aço 1070Aço 1020
Ferrita + perlita Perlita
R. Caram - 57
AÇOS LIGA – CLASSIFICAÇÃO SAE
Ni 1,80, Cr 0,50 ou 0,80, Mo 0,2543XX
Ni 1,55 ou 1,80, Mo 0,20 ou 0,2546XX
Ni 1,05, Cr 0,45, Mo 0,2047XX
Mo 0,2540XX
Cr 0,50 ou 0,95, Mo 0,12 ou 0,2041XX
Ni 3,50 Cr 1,5533XX
Ni 3,50, Mo 0,2548XX
Ni 1,25 Cr 0,6531XX
Ni 5,025XX
Ni 3,523XX
Mn 1,7513XX
12XX
11XX
10XX
Tipo de aço
Tipo de aço
Ni 1,00, Cr 0,80, Mo 0,2598XX
Ni 3,25, Cr 1,20, Mo 0,1293XX
Mn 0,85, Si 2,0092XX
Ni 0,55, Cr 0,50 ou 0,65, Mo 0,2087XX
Ni 0,55, Cr 0,50 ou 0,65, Mo 0,2086XX
Cr 0,80 ou 0,95, V 0,10 ou 0,15 
min
61XX
Cr 0,80 a 1,0551XX
Cr 0,28 ou 0,4050XX
Aços 
ferramenta
	DIAGRAMAS DE FASE
	CONCEITOS GERAIS
	LIGAS METÁLICAS
	MAIS DE UM COMPONENTE
	TIPOS DE DIAGRAMAS DE FASES
	SISTEMAS ISOMORFOS
	EXEMPLO
	EXEMPLO
	EXEMPLO
	REGRA DA ALAVANCA
	SISTEMAS ANISOMORFOS
	SISTEMA EUTÉTICO
	SISTEMA EUTÉTICO
	SISTEMA EUTÉTICO
	SISTEMA EUTÉTICO
	SISTEMA EUTÉTICO
	LIGAS EUTÉTICAS
	SISTEMA Ag-Cu
	SISTEMA Ag-Cu
	OBTENÇÃO DE DIAGRAMAS
	REGRAS DAS FASES
	REGRAS DAS FASES
	REGRA DAS FASES