CM I - Diagramas de Fases

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Campus da Universidade Federal do Cariri – UFCA 
Engenharia de Materiais 
Campus de Juazeiro do Norte 
 Diagramas de 
Fases 
Profa.: Laédna Neiva 
Disciplina: Ciência dos Materiais I 
Definição: 
 
 É um gráfico que relaciona dois parâmetros: um em função 
do outro. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Trata-se, portanto, de uma representação gráfica. 
 
Diagramas de Fases 
Y pressão, 
temperatura, 
volume etc. 
X Concentração 
ou tempo. 
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E fase? O que significa? 
 
 
 
Diagramas de Fases 
Depende... 
 
 
 
 Se considerarmos uma 
substância pura (como H2O), 
podemos definir fase como 
sendo os estados físicos dessa 
substância. 
 
 
 
E se considerarmos uma mistura de substâncias? 
 
 
 
Diagramas de Fases 
Qual é a definição de fase? 
 
Exemplos: 
Água e Óleo 
Água e Areia 
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Importante!!! 
 
 
 
Diagramas de Fases 
 A identificação visual de diferentes fases só é 
possível para misturas imiscíveis. 
 
Exemplo: Líquidos miscíveis. 
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Diagrama de Fases da Água 
 
 
 
Diagramas de Fases 
T máxima 
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Diagramas de Fases 
Para Metais e Ligas 
Definição 
 
 
 
Diagramas de Fases Para 
Metais e Ligas 
 Representação gráfica do controle da 
microestrutura de um sistema específico (Ex.: Fe-C) 
construída quando várias combinações dos seus 
parâmetros variáveis são traçadas umas em função das 
outras. 
Classificação: 
 
 
 Diagramas de Fases Unários 
 
 Diagramas de Fases Binários 
Diagramas de Fases Para 
Metais e Ligas 
Relacionados ao estudo de substâncias puras. 
 
São aqueles nos quais não há variação na composição 
da substância estudada. 
 
Em geral, consideram os seguintes parâmetros 
variáveis: temperatura e pressão. 
 
 
 
 
Diagramas de Fases Unários 
Características: 
 
 
 
Diagramas de Fases Unários 
Diagrama de fases do ferro puro 
 
 
 
http://www.google.com.br/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&docid=no_S2ojerVFo2M&tbnid=5iOeqXaCqmGlaM:&ved=0CAUQjRw&url=http%3A%2F%2Fwww.antoniolima.web.br.com%2FAulas%2FMat-Prop_Ter.html&ei=BGGSUv_tErLlsAT4nIHoBw&bvm=bv.56988011,d.cWc&psig=AFQjCNHQ7uVN8YoIFYY430yF4Y0cpAD_vQ&ust=1385411025907110
 A microestrutura do material (liga) pode apresentar 
diferentes fases em função da combinação entre Temperatura e 
Composição da liga. 
 
Diagramas de Fases Binários 
Diagramas de Fases Binários 
São aqueles que consideram as transformações de 
fases de ligas binárias. 
 
Exemplos de ligas binárias: Cu-Ni, Cu-Ag, Pb-Sn e Fe-C. 
 
Em geral, consideram os seguintes parâmetros 
variáveis: temperatura e composição. 
 
Nesse caso, normalmente, a pressão é mantida 
constante em 1 atm. 
 
 
 
 
Considerações Importantes!!! 
 
Diagramas de Fases Binários 
 O estudo dos diagramas de fases consideram, no 
máximo, uma liga constituída por dois elementos; muito 
embora, na prática, a maioria das ligas contenham mais 
de dois elementos. 
 
 
 Exemplo: Fe-C-Cr Aço Inoxidável 
Importante!!! 
 
Diagramas de Fases Binários 
Diagrama de fases da liga Cu-Ni. 
 
 
 
 
 
(L) 
http://www.google.com.br/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&docid=z1If4NxL2p_XZM&tbnid=phZ8JRAZzjAFGM:&ved=0CAUQjRw&url=http%3A%2F%2Fdc161.4shared.com%2Fdoc%2FcD-uvKw_%2Fpreview.html&ei=HZeSUqyjFoOvsQSi14HYBQ&bvm=bv.56988011,d.cWc&psig=AFQjCNFtps0eb6oYQthaqHxcZ-5_GwpJeQ&ust=1385425011378603
Diagramas de Fases Binários 
A fase L é uma solução líquida composta tanto por átomos de Cu 
como de Ni. 
 
A fase sólida α é uma solução sólida substitucional, contendo 
átomos de Cu e Ni, formando uma estrutura cristalina CFC. 
 
Para temperaturas abaixo de 1085°C, o Cu e o Ni são mutuamente 
e completamente solúveis entre si, no estado, sólido para todos os 
percentuais de composição. 
 
As fases sólidas são designadas por letras gregas: α, β, δ, γ, ϕ, ξ.... 
 
 
 
 
Diagrama de fases da liga Cu-Ni.Diagramas de Fases Binários 
 O sistema Cu-Ni é denominado de isomorfo devido a essa 
completa solubilidade dos dois elementos, nos estados líquido e 
sólido. 
 
 
 
Diagrama de fases da liga Cu-Ni. 
 
 
 
 
 
Tipos de Diagrama de Fases de Ligas Binárias 
 
 
 
 
 
 Diagramas de fases isomorfos (no estado sólido só existe uma 
fase). 
 Diagramas de fases anisomorfos (no estado sólido é possível a 
presença de duas ou mais fases). 
 
 
 
Diagramas de Fases Binários 
Sistemas Isomorfos (Ex.: Cu-Ni). 
 
 Esses sistemas são compostos por elementos que: 
 
 
 
 
Desenvolvimento de 
Microestrutura em Ligas Isomorfas 
Analisar o resfriamento dessa 
liga significa descer 
verticalmente de cima para 
baixo. 
 
Como se apresenta a fase dessa 
liga em 1300°C? 
 
Como se apresenta a fase dessa 
liga no ponto b (≈ 1260°C)? 
 
Com a continuidade do 
resfriamento,observa-se que os 
núcleos vão aumentando de 
tamanho. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Diagrama de fases da liga Cu-Ni. 
 
 
 
 
 
Desenvolvimento de 
Microestrutura em Ligas Isomorfas 
Após o resfriamento ultrapassar 
a linha solidus a microestrutura 
se apresenta totalmente em fase 
sólida. 
 
O processo de solidificação dessa 
liga está totalmente concluído no 
ponto e (≈ 1100°). 
 
A microestrutura final é uma 
solução solida policristalina 
composta pela fase α, com 
composição igual a 35% de Ni e 
65% de Cu. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Diagrama de fases da liga Cu-Ni. 
 
 
 
 
 
Desenvolvimento de 
Microestrutura em Ligas Isomorfas 
Percebemos que a 
composição global da liga 
(35% de Ni e 65% de Cu) é 
mesma no ínicio e no final do 
processo de resfriamento. 
 
No entanto, observa-se que 
houve uma redistribuição de 
cobre e níquel entre as fases. 
 
Se o resfriamento da liga 
continuar abaixo do ponto e 
a microestrutura formada não 
sofrerá mais nenhuma 
alteração até a T ambiente. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Diagrama de fases da liga Cu-Ni. 
 
 
 
 
 
Determinação das Fases Presentes 
Diagrama de fases da liga Pb-Sn. 
 
 
 
 
 
Determinação das Fases Presentes 
Exercício de Fixação 
 
 
 
 
 
 Considerando o diagrama do sistema Pb-Sn 
determine a composição qualitativa e 
quantitativa de cada fase que constitui a liga 
composta por 40% Sn e 60% Pb, a 150°C. 
 
 
 
O SISTEMA 
FERRO-CARBONO 
Sistema Ferro-Carbono 
De todos os sistemas de ligas binárias, possivelmente o 
mais importante seja o sistema Fe-C. 
 
O Ferro puro raramente é utilizado, normalmente está 
associado ao elemento carbono. 
 
Nas ligas Fe-C também existem as formas alotrópicas: 
CFC ou γ e CCC α e δ. 
 
As temperaturas nas quais as transformações de fases 
ocorrem variam em função do teor de carbono da liga. 
 
 
 
 
Sistema Ferro-Carbono 
O chamado diagrama FERRO-CARBONO auxilia nas 
visualizações destas transformações de fases. 
 
O diagrama Fe-C pode ser dividido em três partes (em 
função da concentração, %, de carbono presente): 
 
 De 0 a 0,008% C Ferro puro 
 
 De 0,008 a 2,14% C Aços 
 
 De 2,14 a 6,7% C Ferros Fundidos 
 
 
 
 
 
 
 
 
Diagrama Ferro-Carbono 
Diagrama Fe-C se caracteriza por três pontos 
principais: 
 
 
 
 
 
 Ponto PERITÉTICO: liga com 0,16% de C a 1493°C (δ+ L γ) 
 
 
 Ponto EUTETÓIDE: liga com 0,76% de C a 727°C (γ α + β) 
 
 
 Ponto EUTÉTICO: liga com 4,3% de C a 1147°C (L γ + β) 
 
Reações peritética, eutética e eutetóide ocorrem para composições diferentes 
do sistema Fe-C. 
 
 
 
 
 
 
Diagrama Ferro-Carbono 
O diagrama Fe-C caracteriza-se por três pontos 
principais: 
 
 
 
 
 
Ponto 
Peritético Ponto 
Eutético 
Ponto 
Eutetóide 
Exemplo de Diagrama 
Eutético 
Exemplo de Diagrama 
Peritético 
Exemplo de Transformações 
Peritéticas e Eutetóides 
IDENTIFICANDO DE 
CADA FASE PRESENTE NO 
DIAGRAMA Fe-C 
Diagrama Ferro-Carbono 
Ferrita (δ) ou ferro delta: 
 
 
 
 
 
 Solução sólida de 
carbono no ferro δ 
(solubilidade máxima de 
0,09 % a 1493°C). O 
ferro δ é CCC. 
 
 É virtualmente 
idêntica à ferrita α, 
exceto pela T em que 
cada uma existe. Não 
possui aplicação 
tecnológica. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Ferrita (α) ou ferro alfa: 
 
 
 
 
 
Diagrama Ferro-Carbono 
 Solução sólida de 
carbono no Ferro α 
(solubilidade máxima de 
0,02% a 727°C). O ferro 
α é CCC. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Ferrita (α) ou ferro alfa: 
 
 
 
 
 
Diagrama Ferro-Carbono 
 Essa microestrutura é 
muito macia, mole e com 
altíssima ductilidade. Baixa 
resistência mecânica. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Microestrutura ferrítica 
observada por MEV. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Explicação para a baixa solubilidade de C na Ferrita (α): 
 
 
 
 
 
Diagrama Ferro-Carbono 
 Espaços interatômicos muito pequenos e com formatos 
pronunciadamente alongados. 
 
 Não consegue acomodar com facilidade átomos de C. 
 
 Solubilidade de ≈ 0,008% de C na T ambiente e 0,02% a 727°C. 
 
 
 
 Átomo 
 instersticial 
 de carbono 
 
 
 
 
 
 
 
Ferrita (α) ou ferro alfa: 
 
 
 
 
 
Diagrama Ferro-Carbono 
Micrografia (obtida por MO) de uma estrutura ferrítica. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Austenita (γ) ou ferro gama: 
 
 
 
 
 
Diagrama Ferro-Carbono 
 Solução sólida de 
carbono no Ferro γ 
(solubilidade máxima de 
2,14 % a 1147°C). O 
ferro γ é CFC. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Austenita (γ) 
 
 
 
 
 
Diagrama Ferro-Carbono 
 Possui espaços interatômicos maiores do que os da fase α; no 
entanto, esses espaços são menores que os átomos de C de tal 
forma que a introdução de C introduz imperfeições na estrutura γ. 
Isso impede que todos os interstíticios sejam ocupados. 
 
Solubilidade máxima = 2,14% de C a 1147°C 
 
 
 
 
 
 
 
 
Austenita (γ) 
 
 
 
 
 
Diagrama Ferro-Carbono 
Micrografias de Microestruturas Austeníticas (MO) 
Cementita ou Carbeto de Ferro (Fe3C) 
 
 
 
 
 
Diagrama Ferro-Carbono 
 Solução sólida de 
carbono no Ferro. Contendo 
uma concentração de 6,7% 
de carbono. Este carbeto 
possui elevada dureza e 
fragilidade. 
 
 É rigorosamente 
metaestável. 
 
 Em condições ambiente 
(T e P) “nunca” sofre 
transformações. 
kkkkkkkkkkkkkkk. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Com relação a α e γ a Fe3C é muito dura e, por isso, aumenta a 
resistência do aço. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Cementita ou Carbeto de Ferro (Fe3C) 
 
 
 
 
 
Diagrama Ferro-Carbono 
 Presença indispensável quando se deseja resistência ao desgaste. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Composto iônico/covalente 
com estrutura cristalina 
ortorrômbica. 
 
 Cada célula contém 12 
átomos de ferro e 4 átomos 
de carbono. 
 
 Tem importante papel na 
resistência mecânica dos 
aços. 
 
 
 
 
 
 
 
 Retículo composto por 6,67 % de 
carbono e 93,33 % de ferro. 
 
 
 
 
Cementita ou Carbeto de Ferro (Fe3C) 
 
 
 
 
 
Diagrama Ferro-Carbono 
 Retículo cristalino da 
cementita. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Transformação na Região dos Aços 
 
 
 
 
 
Diagrama Ferro-Carbono 
Transformação na Região dos Aços 
 
 
 
 
 
Diagrama Ferro-Carbono 
PONTO EUTETÓIDE 
 
 
 
 
 
Diagrama Ferro-Carbono 
No ponto eutetóide se verificauma transformação importante no 
estudo dos Aços. 
 
Nesse ponto um aço com 0,76% de carbono em sua estrutura 
encontra-se austenitizado se estiver acima de 727°C (estrutura 
ferrosa CFC). 
 
No ponto eutetóide a AUSTENITA se transforma em uma mistura 
de duas outras fases: ferrita (α) e cementita (Fe3C). 
 
A microestrutura formada pela soma de α e Fe3C é chamada de 
perlita. 
 
 
 
 
PONTO EUTETÓIDE 
 
 
 
 
 
Diagrama Ferro-Carbono 
PONTO EUTETÓIDE 
 
 
 
 
 
Diagrama Ferro-Carbono 
PERLITA 
 
 
 
 
 
Diagrama Ferro-Carbono 
Imagens de Microestruturas Perlíticas Obtidas por MEV 
PERLITA 
 
 
 
 
 
Diagrama Ferro-Carbono 
Observação em MO 
PONTO EUTETÓIDE 
 
 
 
 
 
Diagrama Ferro-Carbono 
Diagrama Ferro-Carbono 
Os aços com menos de 0,76% de C são chamados de 
hipoeutetóides. 
 
Aços hipoeutetóides apresentam em sua microestrutura, FERRITA 
e PERLITA. 
 
 
 
 
 
LIGA HIPOEUTETÓIDE 
 
 
 
 
 
Diagrama Ferro-Carbono 
Diagrama Ferro-Carbono 
Os aços com mais de 0,76% de C até no máximo 2,14% de C são 
chamados de hipereutetóides. 
 
Aços hipereutetóides apresentam em sua microestrutura, PERLITA 
e CEMENTITA. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Diagrama Ferro-Carbono 
LIGA HIPEREUTETÓIDE 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Efeito da concentração do carbono na 
microsestrutura da liga Fe-C 
 
 
 
 
 
Diagrama Ferro-Carbono 
AÇO HIPO E HIPEREUTETÓIDE 
 
 
 
 
 
Diagrama Ferro-Carbono 
Comparação das Microestruturas 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Aço Hipoeutetóide com 
0,38% de C 
Aço Hipereutetóide 
com 1,4% de C 
Diagrama Ferro-Carbono 
Diagrama Ferro-Carbono 
RESUMO DO DIAGRAMA Fe-C: 
 
 
 
 
 
 A austenita existe acima da linha K e pode se transformar 
em: ferrita + perlita, somente em perlita ou em 
perlita + cementita. 
 
 Devido a estas transformações de fases (ocorridas em 
função do % de carbono e da taxa de resfriamento) as ligas 
Fe-C têm suas propriedades mecânicas modificadas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Exercício 
Considerando o diagrama do sistema Ag-Cu, ilustrado abaixo, 
determine a composição qualitativa e quantitativa de cada fase que 
constitui a liga composta por 10% de Cu e 90% de Ag a 850°C. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
REGRA DA ALAVANCA 
 
 
 
 
 
Exercício 
Considere o diagrama Fe-C, ilustrado abaixo e responda o que se 
pede: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Exercício 
Com base no diagrama Fe-Fe3C apresentado no slide anterior, 
responda: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
(a) Por que o eixo que apresenta o percentual da composição do 
elemento carbono não se estende até 100%? 
 
(b) Descreva, resumidamente, a diferença entre as propriedades 
mecânicas das seguintes microestruturas: ferrita α e aço hipereutetóide. 
 
(c) Identifique no diagrama todas as fases que compõem esse diagrama. 
Complemente sua resposta dando uma breve descrição (definição) de 
cada uma.