MCM-9 11-9 12

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MCM - Capitulo 9 (9.11-9.12) 
Bruno Mortorelli Mota - 31888976 
Carlos Alberto Monezi Oliveira 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
9.11 SISTEMAS EUTÉTICOS BINÁRIOS 
Este é outro tipo de diagrama conhecido como diagrama de fases eutético binário. 
Diversas características desse diagrama de fases são importantes e dignas de observação. 
São encontradas três regiões monofásicas no diagrama: α(Sólida rica em cobre/ 
CFC), β(Soluto/CFC) e líquido. 
 
 
A solubilidade em cada uma das fases sólidas é limitada, porque em qualquer 
temperatura abaixo da linha BEG apenas uma concentração limitada de prata irá se 
dissolver no cobre (para a fase α), e para o cobre na prata (para a fase β). O limite de 
solubilidade para a fase α corresponde à linha fronteiriça(CBA), entre as regiões das 
fases α/(α + β) e α/(α + L); ele aumenta com o aumento da temperatura até um valor 
máximo (8,0 %p Ag a 779ºC), no ponto B, e diminui novamente a zero na temperatura de 
fusão do cobre puro, ponto A (1085ºC). Nas temperaturas abaixo de 779ºC a linha do 
limite de solubilidade do sólido, separando as regiões das fases α e α + β é 
denominada linha solvus; a fronteira AB entre os campos α e α + L é a linha solidus. Para 
a fase β, as linhas solvus e solidus também existem, e são as linhas HG e GF, 
respectivamente, como está mostrado, a solubilidade máxima do cobre na fase β, 
ponto G (8,8 %p Cu), também ocorre a 779ºC. A linha horizontal BEG, que é paralela ao 
eixo das composições e que se estende entre essas posições de solubilidades máximas, 
também pode ser considerada uma linha solidus; ela representa a temperatura mais baixa 
na qual pode existir uma fase líquida para qualquer liga cobre-prata que esteja em 
equilíbrio. 
Existem, também, três regiões bifásicas no sistema cobre-prata: α + L, β + L e α + β. 
As soluções sólidas das fases α e β coexistem em todas as composições e temperaturas 
dentro do campo das fases α + β; as fases α + líquido e β + líquido também coexistem nas 
suas respectivas regiões. As composições e a quantidade relativa das fases podem ser 
determinadas utilizando-se linhas de amarração e a regra da alavanca. 
Conforme a prata é adicionada ao cobre, a temperatura diminui ao longo 
da linha liquidus (AE), dessa forma, a temperatura de fusão do cobre é reduzida por 
adições de prata. O mesmo pode ser dito para a prata (FE). Essas linhas se encontram no 
ponto E do diagrama de fases, que é designado pela composição CE e pela 
temperatura TE. 
Em outras palavras, mediante um resfriamento, uma fase líquida se transforma em 
duas fases sólidas, α e β, na temperatura TE; a reação oposta ocorre quando a liga é 
aquecida. Essa é chamada reação eutética (que se funde com facilidade), 
e CE e TE representam a composição e a temperatura do eutético, 
respectivamente; CαE e CβE são as respectivas composições das fases α e β na 
temperatura TE. 
 
A reação eutética, no resfriamento, é semelhante à solidificação dos componentes 
puros, no sentido de que é isotermicamente. Entretanto, o produto sólido da solidificação 
eutética consiste sempre em duas fases sólidas, enquanto para o componente puro é 
formada apenas uma fase. 
Na construção dos diagramas de fases binários é importante compreender que uma ou 
duas fases podem estar em equilíbrio em um campo de fases. Para um sistema eutético, 
três fases (α, β e L) podem estar em equilíbrio, porém somente em pontos ao longo da 
isoterma eutética. Outra regra geral é a de que as regiões monofásicas estão sempre 
separadas umas das outras por uma região bifásica, a qual é composta pelas duas fases 
que ela separa. 
 
9.12 DESENVOLVIMENTO DA MICROESTRUTURA EM LIGAS 
EUTÉTICAS 
É possível haver vários tipos de microestruturas diferentes dependendo da 
composição, para o resfriamento lento de ligas que pertencem aos sistemas eutéticos 
binários. 
O primeiro caso se aplica às composições que variam entre um componente puro e a 
solubilidade sólida máxima para aquele componente à temperatura ambiente (20ºC). Por 
exemplo, considere uma liga com composição C1 conforme ela é resfriada lentamente a 
partir de uma temperatura na região da fase líquida, digamos, 350ºC; isso corresponde a 
um deslocamento vertical para baixo ao longo da linha tracejada ww′ na figura abaixo. A 
liga permanece totalmente líquida e com composição C1 até a linha liquidus ser cruzada 
em aproximadamente 330ºC, quando a fase α sólida começa a se formar. Ao passar por 
essa estreita região bifásica α + L, a solidificação prossegue da mesma maneira como foi 
descrito para a liga cobre-níquel na seção anterior; isto é, com o prosseguimento do 
resfriamento, uma quantidade maior da fase α sólida se forma. Além disso, as 
composições das fases líquida e sólida são diferentes, seguindo, respectivamente, ao 
longo das fronteiras das linhas liquidus e solidus. A solidificação atinge seu término no 
ponto em que a linha ww′ cruza a linha solidus. A liga resultante é policristalina, com uma 
composição uniforme C1, e nenhuma mudança subsequente ocorrerá no resfriamento até 
a temperatura ambiente. Essa microestrutura está representada esquematicamente no 
detalhe no ponto c. 
O segundo caso considerado aplica-se às composições que se encontram na faixa entre 
o limite de solubilidade à temperatura ambiente e a solubilidade sólida máxima na 
temperatura do eutético. 
 
O processo de redistribuição do chumbo e do estanho ocorre por difusão no líquido 
localizado imediatamente à frente da interface eutético-líquido. As setas indicam as 
direções da difusão dos átomos de chumbo e de estanho; os átomos de chumbo difundem-
se em direção às camadas da fase α, uma vez que essa fase α é rica em chumbo de maneira 
oposta, a difusão dos átomos de estanho se dá em direção às camadas da fase β, rica em 
estanho. A estrutura eutética se forma nessas camadas alternadas, pois nessa configuração 
lamelar a difusão atômica do chumbo e do estanho deve ocorrer ao longo de distâncias 
relativamente curtas. 
O último caso microestrutural para esse sistema inclui todas as composições, à 
exceção da eutética, que, quando resfriadas, cruzam a isoterma eutética. Conforme a 
temperatura é reduzida, nos movemos para baixo a partir do ponto j, ao longo da linha zz9. 
O desenvolvimento da microestrutura entre os pontos j e l é semelhante àquele do 
segundo caso, de modo tal que, imediatamente antes do cruzamento da isoterma eutética 
(ponto l), as fases α e líquida estão presentes e apresentam composições de 
aproximadamente 18,3 e 61,9 %p Sn, como determinado a partir da linha de amarração 
apropriada. Conforme a temperatura é reduzida para imediatamente abaixo daquela do 
eutético, a fase líquida, que possui a composição eutética, se transforma na estrutura 
eutética (isto é, lamelas alternadas de α e β); alterações insignificantes ocorrerão com a 
fase α que se formou durante o resfriamento pela região α + L. Dessa forma, a 
fase α estará presente tanto na estrutura eutética quanto na fase que se formou durante o 
resfriamento pelo campo das fases α + L. Para distinguir uma fase α da outra, a que se 
encontra na estrutura eutética é denominada α eutética, enquanto a outra, que se formou 
antes do cruzamento da isoterma eutética, é denominada α primária. 
Ao lidar com microestruturas, convém sempre usar o termo microconstituinte, isto é, 
um elemento da microestrutura que possui uma estrutura característica e identificável. A 
estrutura eutética é um microconstituinte, apesar de ser uma mistura de duas fases, já que 
tem uma estrutura lamelar distinta com uma razão fixa entre as duas fases. 
É possível calcular a quantidade relativa dos microconstituintes — eutético 
e α primário. Uma vez que o microconstituinte eutético sempre se forma a partir do 
líquido com a composição eutética, pode-se considerar que esse microconstituinte tem 
uma composição de 61,9 %p Sn. Assim, a regra da alavanca é aplicadautilizando-se uma 
linha de amarração entre a fronteira entre as fases α — (α + β) (18,3 %p Sn) e a 
composição eutética. A fração do microconstituinte eutético We é simplesmente a mesma 
que a fração do líquido WL a partir do qual ele se transformou, ou seja 
 
Adicionalmente, a fração de α primária, Wα, é simplesmente a fração da fase α que 
existia antes da transformação eutética. 
 
As frações da fase α total, Wα (tanto eutética quanto primária), e também da 
fase β total, Wβ, são determinadas usando a regra da alavanca e uma linha de amarração 
que se estende totalmente pelo campo das fases α + β. 
 
 
 
Transformações e microestruturas análogas resultam para as ligas que apresentam 
composições à direita do eutético. Entretanto, abaixo da temperatura eutética, a 
microestrutura consistirá nos microconstituintes eutético e β primário, uma vez que no 
resfriamento, a partir do líquido, passamos pelo campo das fases β + líquido. 
Quando não são mantidas as condições de equilíbrio ao se passar pela região das 
fases α (ou β) + líquido, as seguintes consequências resultam para a microestrutura após 
a isoterma eutética ser atravessada: (1) os grãos do microconstituinte primário ficam 
zonados, isto é, têm uma distribuição não uniforme do soluto em seu interior; e (2) a 
fração do microconstituinte eutético formado é maior do que para a situação de equilíbrio.