AULA 09 -DIAGRAMA DE FASES - ENG041 UFBA

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DIAGRAMA DE FASES
DEFINIÇÕES E CONCEITOS BÁSICOS
COMPONENTE – Metais puros ou compostos 
que compõem uma liga
EXEMPLO – Liga cobre-zinco
Componentes – Cu e Zn
Soluto e Solvente
DEFINIÇÕES E CONCEITOS BÁSICOS
SISTEMA 
Corpo específico de material – corpo de aço fundido
Série de póssíveis ligas - Sistema ferro-carbono 
SOLUÇÕES SÓLIDAS
Átomos de pelo menos dois tipos diferentes. Os átomos do 
soluto ocupam posições substitucionais ou intersticiais na 
rede do solvente sem alterar a estrutura cristalina do mesmo
LIMITE DE SOLUBILIDADE
Concentração máxima de átomos de soluto 
que pode se dissolver no solvente para 
formar uma solução sólida
A adição de soluto em excesso, além desse 
limite de solubilidade, resulta na formação de 
outra fase sólida ou outro composto com uma 
composição marcadamente diferente
SOLUBILIDADE DO AÇÚCAR NUMA 
SOLUÇÃO DE ÁGUA E AÇÚCAR
CONCEITO DE FASE
EXEMPLOS
Material puro, água, gelo
Soluções sólidas, líquidas e gasosas
Solução de água e açúcar e açucar sólido
Formas polimórficas (CFC, CCC)
Porção homogênea de um sistema que possui 
caracteristicas físicas e químicas uniformes
SISTEMA HOMOGÊNEO X HETEROGÊNEO
MISTURA
SISTEMA HETEROGÊNEO
LIGAS METÁLICAS
SISTEMAS CERÂMICOS
SISTEMAS POLIMÉRICOS
COMPÓSITOS
SISTEMA MONOFÁSICO - SISTEMA HOMOGÊNEO
EQUILÍBRIO DE FASES
Energia Livre – Energia Interna e 
aleatoriedade de átomos ou moléculas
Sistema em Equilíbrio – Energia Livre em um 
valor mínimo sob uma combinação específica de 
temperatura, pressão e composição
Equilíbrio de fases – Constância nas 
características das fases de um sistema 
ao longo do tempo
ESTADO METAESTÁVEL
NOS SISTEMAS SÓLIDOS UM 
ESTADO DE EQUILÍBRIO NUNCA É 
COMPLETAMENTE ATINGIDO, POIS 
A TAXA PARA ALCANÇAR O 
EQUILÍBRIO É EXTREMAMENTE 
LENTA. UM SISTEMA DESTE TIPO 
NÃO ESTÁ EM EQUILÍBRIO. TAL 
SISTEMA É DITO METAESTÁVEL
DIAGRAMAS DE FASES UNÁRIO
DIAGRAMAS DE FASES BINÁRIOS
MAPAS QUE REPRESENTAM AS RELAÇÕES 
ENTRE A TEMPERATURA E AS 
COMPOSIÇÕES E QUANTIDADES DAS FASES 
EM EQUILÍBRIO, AS QUAIS INFLUENCIAM A 
INFRAESTRUTURA DE UMA LIGA
SISTEMAS BINÁRIOS ISOMORFOS
EXEMPLO - SISTEMA Cobre-Níquel
Regiões ou Campos de Fases Diferentes
Campo α
Campo Líquido (L)
Campo α + L
Completa solubilidade dos dois 
componentes nos estados líquido e sólido
EXEMPLO - SISTEMA Cobre-Níquel
EXEMPLO - Sistema Cobre-Níquel
Líquido L é uma solução líquida homogênea 
composta tanto por Cu quanto por Ni
A fase α é uma solução sólida substitucional, 
contendo átomos de Cu e Ni, e com uma 
estrutura cristalina CFC
EXEMPLO - Sistema Cobre-Níquel
Em temperaturas abaixo de 1080 oC, o Cu e o 
Ni são mutuamente solúveis entre si no estado 
sólido para todas as composições 
Essa solubilidade completa é explicada pelo 
fato de tanto o Cu quanto o Ni possuírem a 
mesma estrutura cristalina (CFC), raios 
atômicos e eletronegatividades praticamente 
idênticos, e valências semelhantes
EXEMPLO - SISTEMA Cobre-Níquel
EXEMPLO - Sistema Cobre-Níquel
Para as ligas metálicas, as soluções sólidas 
são designadas usualmente por letras gregas 
minúsculas (α, β, γ, etc)
A curva que separa os campos das fases L e α+L 
é denominada linha liquidus. A fase líquida está 
presente em todas as temperaturas e 
composições acima dessa curva. A linha solidus 
está localizada entre as regiões α e α+L, abaixo 
da qual existe somente a fase sólida α
EXEMPLO - SISTEMA Cobre-Níquel
EXEMPLO - Sistema Cobre-Níquel
As linhas solidus e liquidus se interceptam 
nas duas extremidades de composição. Estes 
pontos correspondem às temperaturas de 
fusão dos componentes puros. 
Cu puro 1085 oC e Ni puro 1453 oC 
O aquecimento do Cu puro corresponde a um 
movimento vertical, para cima, ao longo do 
eixo 0Y. O Cu permanece sólido até ser atingida 
sua temperatura de fusão
EXEMPLO - SISTEMA Cobre-Níquel
EXEMPLO - Sistema Cobre-Níquel
Para qualquer composição que não aquelas de 
componentes puros, esse fenômeno de fusão ocorrerá 
ao longo de uma faixa de temperaturas entre as linhas 
solidus e liquidus. As duas fases, sólido α e liquido 
estarão em equilíbrio nessa faixa de temperaturas
Por exemplo, ao se aquecer uma liga com composição 
de 50%p Ni-50%p Cu, a fusão tem início a 
aproximadamente 1280 oC. A quantidade de fase 
líquida aumenta continuamente com a elevação da 
temperatura até aproximadamente 1320 oC, quando a 
liga fica completamente líquida.
EXEMPLO - Sistema Cobre-Níquel
PARTE DO DIAGRAMA 
DE FASES
INTERPRETAÇÃO DOS DIAGRAMAS DE FASES
FASES PRESENTES
Localizar o ponto 
temperatura- composição no 
diagrama e observar as fases 
correspondentes ao campo de 
fases identificado.
PONTO A
60 %p Ni-40%p Cu a 1100 oC
Apenas a fase α está presente
Ponto B
35 %p Ni-65%p Cu a 1250 oC
Fases α e líquida em equilíbrio 
INTERPRETAÇÃO DOS DIAGRAMAS DE FASES
COMPOSIÇÃO DAS FASES 
Localizar o ponto temperatura-
composição no diagrama de fases 
observar as fases correspondentes 
ao campo de fases identificado.
Ponto B
35 %p Ni-65%p Cu a 1250 oC
Fases α e líquida em equilíbrio 
CL – 31.5 %p Ni – 68.5%p CuCα - 42.5 %p Ni – 57.5%p Cu
INTERPRETAÇÃO DOS DIAGRAMAS DE FASES
QUANTIDADE DAS FASES
Localizar o ponto temperatura-
composição no diagrama de fases 
observar as fases correspondentes 
ao campo de fases identificado.
Ponto B
35 %p Ni-65%p Cu a 1250 oC
Fases α e líquida em equilíbrio 
SR
SWL  LL CC
CCW 


 0
SR
RW  L
L
CC
CCW 


 0ou ou
INTERPRETAÇÃO DOS DIAGRAMAS DE FASES
L
L CC
CCW 


 0
L
L
CC
CCW 


 0
%. W
L
L 268ou 682.00.11
5.7
5.315.42
355.42 

%1.83ou 318.00.11
5.3
5.315.42
5.3135 

L
W
APLICAÇÃO – DESENVOLVIMENTO DA REGRA DA ALAVANCA
CONVERSÃO FRAÇÕES MÁSSICAS EM FRAÇÕES VOLUMÉTRICAS
RESFRIAMENTO EM EQUILÍBRIO
RESFRIAMENTO FORA DO EQUILÍBRIO
PROPRIEDADES MECÂNICAS DE LIGAS ISOMORFAS
Para todas as temperaturas e composições abaixo da 
temperatura de fusão do componente com menor ponto de fusão 
existirá apenas uma fase sólida. Portanto, cada componente terá 
aumento de resistência por solução sólida ou aumento aumento 
na resistência e na dureza pelas adições do outro componente
SISTEMAS EUTÉTICOS BINÁRIOS
Três regiões monofásicas 
α, β e líquido
Fase α é rica em Cu 
Fase β é rica em Ag
Cu puro e Ag pura 
também são 
considerados as fases 
α e β, respectivamente
Fases α e β tem 
solubilidade limitada 
abaixo da linha BEG
SISTEMAS EUTÉTICOS BINÁRIOS
APLICAÇÃO – DETERMINAÇÃO DAS FASES PRESENTES
APLICAÇÃO – FRAÇÕES MÁSSICAS E VOLUMÁTRICAS
APLICAÇÃO – FRAÇÕES MÁSSICAS E VOLUMÉTRICAS
SISTEMAS EUTÉTICOS BINÁRIOS
MICROESTRUTURAS EM LIGAS EUTÉTICAS
MICROESTRUTURAS EM LIGAS EUTÉTICAS
MICROESTRUTURAS EM LIGAS EUTÉTICAS
MICROESTRUTURAS EM LIGAS EUTÉTICAS
MICROESTRUTURAS EM LIGAS EUTÉTICAS
MICROESTRUTURAS EM LIGAS EUTÉTICAS
QUANTIDADES DOS MICROCONSTITUINTES
REGRA DAS FASES DE GIBBS
P é o número de 
fases presentes
F é o grau de 
liberdade
C é o número de 
componentes
N é o número de 
varáveis não 
relacionadas a 
composição
REGRA DAS FASES DE GIBBS
Ponto A
N=2, C=1 e P=1 
F=2
Ponto B
N=2, C=1 e P=2 
F=1
Ponto X
N=2, C=1 e P=3 
F=0
REGRA DAS FASES DE GIBBS
Ponto A 
Cu-40% T = 1300 oC
N=1, C=2 e P=1 F=2
Pressão é constante
Ponto B 
Cu-40% T = 1250 oC
N=1, C=2 e P=2 F=1
Ponto C
Cu-40% T = 1200 oC
N=1, C=2 e P=1 F=2
REGRA DAS FASES DE GIBBS
Linha BEG 
Isoterma Eutética 
Cu-40% T = 1300 oC
N=1, C=2 e P=3 F=0
Pressão é constante
SISTEMA FERRO-CARBONO
Diagrama de Fases 
Ferro-Carbeto de 
Ferro (Fe-Fe3C)
Ferro puro, quando 
aquecido, apresenta 
mudanças na sua 
estrutura antes de fundir
Na temperatura ambiente, 
Ferrita ou ferro α (CCC).
A 912 oC, Transformação 
polimórfica para austenita 
(CFC), ou ferro γ. A 1394 
oC, ferrita δ (CCC). A 1538 
oC, se funde.
SISTEMA FERRO-CARBONO
Diagrama de Fases 
Ferro-Carbeto de 
Ferro (Fe-Fe3C)
Liga 6.7%p C forma um 
composto intermediário 
de carbeto de ferro (Fe3C)ou cementita
Fração rica em ferro, 
de 0 a 6.7%p C
Grafita pura (não 
mostrada), de 6.7 a 100%p 
C (100%p Fe3C)
SISTEMA FERRO-CARBONO
Diagrama de Fases 
Ferro-Carbeto de 
Ferro (Fe-Fe3C)
Reação Eutética
LIGA FERRO-CABONO
Ferrita α Austenita
SISTEMA FERRO-CARBONO
Reação Eutetoide
SISTEMA FERRO-CARBONO
FERRITA α – Muito macia
AUSTENITA (ferro γ) – Não é estável abaixo de 
727 oC. A solubilidade máxima do carbono na é 
100 vezes maior que o valor máximo para a 
ferrita (α) CCC.
FERRITA δ – Não tem importância tecnológica.
CEMENTITA – Muito dura e frágil, responsável 
pelo aumento da resistência de muitos aços
SISTEMA FERRO-CARBONO
Resumo
Ferro comercialmente puro contém menos do que 0.008%p C. A 
temperatura ambiente é composto pela fase ferrita (α). 
As ligas ferro-carbono que contém entre 0.008 e 2.14%p C são 
classificadas como aços. Na maioria dos aços, a microestrutura 
consiste tanto na fase α quanto na fase Fe3C.
Embora um aço possa conter até 2.14%p C, na prática, as 
concentrações de carbono raramente excedem 1.0%p.
Os ferros fundidos são classificados como ligas ferrosas que contém 
entre 2.14 e 6.7%p C. Entretanto, os ferros fundidos comerciais 
contém normalmente menos do que 4.5%p C.
SISTEMA FERRO-CARBONO
Liga hipoeutetoide
SISTEMA FERRO-CARBONO
Ferrita proeutetoide
SISTEMA FERRO-CARBONO
Ferrita proeutetoide
SISTEMA FERRO-CARBONO
Ligas Hipereutetoides
SISTEMA FERRO-CARBONO
Ligas Hipereutetoides
APLICAÇÃO – Quantidades de Ferrita, Cementita e Perlita