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Diagrama de fases
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CINCIA DOS MATERIAISDiagramas de Fases
06/04/2010
Prof. Maria Eliziane Pires de Souza
Curso Eng. Qumica - UFSJ
Cincia dos MateriaisDiagramas de F
ases
Diagramas de Fases
Diagramas de Fases Binrios Sistemas IsomorfosParmetros variveis: Temperatura e composio.Presso mantida constante 1 atm
Diagramas de fases binrios so mapas que representam as relaes entre a temperatura e as composies e quantidades de fases em equilbrio, que exercem influncia na microestrutura de uma liga.equilbrio, que exercem influncia na microestrutura de uma liga.
Sistema isomorfo: ocorre somente a formao de uma fase slida, os dois componentes apresentam solubilidade slida total.
Cincia dos MateriaisDiagramas de F
ases
Diagramas de Fases
Sistemas Isomorfos
Temperatura liquidus: acima dela o material est todo lquido.
Temperatura solidus: abaixo dela o material est todo slido.
Intervalo de solidificao: diferena entre a temperatura liquidus e solidus.
Composio (%p Ni)
Cincia dos MateriaisDiagramas de F
ases
Interpretao dos Diagramas de Fases
Diagramas de Fases
Fases presentes: Leitura direta do diagrama atravs do ponto de temperatura composio.
Ex.: 1- Liga com composio 57%p Ni 43%p Cu 1150 oC (ponto A).nica fase presente fase .nica fase presente fase .
2- Liga com composio 40%p Ni 20%p Cu 1250 oC (ponto B).Equilbrio entre a fase lquida e a fase .
Composio (%p Ni)
Cincia dos MateriaisDiagramas de F
ases
Interpretao dos Diagramas de Fases
Diagramas de Fases
Determinao das composies das Fases: para regies monofsicas, a composio da fase a mesma da liga.
Ex: Liga localizada no ponto A.Composio da liga: 70%p Ni-30%p Cu 1085 oC. Nesta composio: somente fase Nesta composio: somente fase Composio da fase a mesma da liga:70%p Ni- 30%p Cu.
Composio (%p Ni)
Cincia dos MateriaisDiagramas de F
ases
Interpretao dos Diagramas de Fases
Diagramas de Fases
Determinao das composies das Fases: para regies bifsicas, a composio da fase determinada utilizando a linha de amarrao (isoterma).
Ex: Liga localizada no ponto B (1250 0C -35 %p Ni 65%p Cu.
Para esta liga, nesta temperatura, h apresena de duas fases ( + L). A
Sistema Cu-Ni
Composio (%p Ni)
presena de duas fases ( + L). Acomposio (%p Ni e Cu) pode serdeterminada seguindo o procedimentoabaixo:-Constri-se uma linha de amarrao natemperatura que a liga se encontra.- Na interseo dessa linha com asfronteiras de ambas as fases, sotraadas linhas perpendiculares at oeixo das composies, onde acomposio de cada uma das fases retirado.
Cincia dos MateriaisDiagramas de F
ases
Interpretao dos Diagramas de Fases
Diagramas de Fases
Determinao das composies das Fases: (% p dos elementos)
CL 31,5%p Ni- 68,5%p Cu
C 42,5%p Ni- 57,5%p Cu
Composio (%p Ni)
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ases
Interpretao dos Diagramas de Fases
Diagramas de Fases
Determinao das quantidades relativas das Fases:
Regio monofsica: frao da fase = 1 ou porcentagem da fase = 100%
Regio bifsica: regra da alavanca. Procedimento:1- Trace a linha de amarrao para a composio/temperatura dada.1- Trace a linha de amarrao para a composio/temperatura dada.2- A composio global localizada sobre a linha de amarrao.3- A frao de uma fase calculada tomando-se o comprimento da linha de amarrao desde a composio global da liga at a fronteira da fase oposta, dividindo-se este valor pelo comprimento total da linha de amarrao.4- A frao da outra fase determinada de maneira anloga.
Cincia dos MateriaisDiagramas de F
ases
Interpretao dos Diagramas de Fases
Diagramas de Fases
Determinao das quantidades relativas das Fases:Ex: Liga localizada no ponto B (1250 0C - 35 %p Ni 65%p Cu).
Composio (%p Ni)
WL= 0,68
W= 0,32
Cincia dos MateriaisDiagramas de F
ases
Outro sistemas binrios Sistema euttico
Diagramas de Fases
Nestes sistemas a solubilidade dos componentes parcial, devido asdiferenas entre eles. So encontradas trs regies monofsicas: , e lquida.
T
e
m
p
e
r
a
t
u
r
a
solidus
As duas fases slidas ( e ) sodistinguveis e frequentemente possuemestrutura cristalina diferentes.
Composio
T
e
m
p
e
r
a
t
u
r
a
solvus
solidus
liquidusestrutura cristalina diferentes.
A estrutura cristalina de ser a docomponente A.A estrutura cristalina de ser docomponente B.
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ases
Sistema euttico
Diagramas de FasesT
e
m
p
e
r
a
t
u
r
a
Em um sistema euttico a seguinte reao est presente:
Essa reao ocorre para a liga na composioeuttica (ponto E).Ponto E ponto invariante, possuicomposio euttica e temperatura euttica.
Composio
T
e
m
p
e
r
a
t
u
r
a
E
composio euttica e temperatura euttica.Trs fases em equilbrio no ponto E.
Material euttico, na temperatura eutticaestar completamente fundido.
Abaixo da temperatura euttica, solubilidadelimitada entre os componentes.
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Exemplos sistemas eutticos
Diagramas de Fases
Sistema Pb-Sn
Porcentagem de estanho
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L (liquid)
L + L+
1200T(C)
800
1000
T 779C
Exemplos sistemas eutticos
Diagramas de Fases
Sistema Cu-Ag
L+
+
Co , wt% Ag20 40 60 80 1000
200
400
600
800
CE
TE 8.0 71.9 91.2779C
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Outras reaes e sistemas binrios
Diagramas de Fases
Euttico
Perittico
Eutetide
Peritetide
Monottico
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Outras reaes e sistemas binrios
Diagramas de Fases
1150oC: reao ocorre a 15% B: + L - perittico
920oC: reao ocorre a 40% B: L1 + L2 - monottico750oC: reao ocorre a 70% B: L + - eutticoL + - euttico450oC: reao ocorre a 20% B: + , a eutetide300oC: reao ocorre a 50% B: + or a peritetide
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ases
Diagramas de Fases
Desenvolvimento de microestruturas em condies de equilbrio
Sistema Cu-Ni
Ligas isomorfas
Porcentagem de nquel em massa
Primeiro slido
ltimo lquido
Liga 90%Cu - 10% Ni ~25Microns
Cincia dos MateriaisDiagramas de F
ases
Diagramas de FasesDesenvolvimento de microestruturas em condies de equilbrio
Ligas eutticas
Porcentagem de estanho
Liga 98%Pb- 2%Sn. Soluo slida monofsica
Cincia dos MateriaisDiagramas de F
ases
Diagramas de FasesDesenvolvimento de microestruturas em condies de equilbrio
Ligas eutticas
Porcentagem de estanho
Liga 90%Pb- 10%Sn presena de duas fases (precipitao de .
Cincia dos MateriaisDiagramas de F
ases
Diagramas de FasesDesenvolvimento de microestruturas em condies de equilbrio
Ligas eutticas Composio no ponto euttico 38,1%Pb- 61,9%Sn presena de duas fases (precipitao de .
As fases slidascrescem a partir dolquido em um arranjolamelar.
Caractersticos de muitos sistemas
eutticos.
18,3% Sn 97,8 % Sn
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C , p% Sn
(Pb-Sn System)T(C)
Diagramas de FasesDesenvolvimento de microestruturas em condies de equilbrio
L+L+
+ 200
300
100
L
TE
Co, p% Sn
160 meutectic micro-constituent
hipereuttico: (ilustrativo)
175 m
hipoeuttico: Co = 50 % Sn 61.9euttico
euttico: Co =61.9% Sn
20 60 80 1000 40
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Diagramas de FasesDesenvolvimento de microestruturas em condies de equilbrio
Composio hipoeuttica
Liga 80%Pb- 20%Sn presena de duas fases (precipitao de )
Cincia dos MateriaisDiagramas de F
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Diagramas de FasesDesenvolvimento de microestruturas em condies de equilbrio
Composio euttica
Liga 38,1%Pb- 61,9%Sn Fase , (97,5 %Sn)Fase , (19% Sn)
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Diagramas de FasesDesenvolvimento de microestruturas em condies de equilbrio
Composio hipereuttica
Liga 20%Pb- 80%Sn Fase , mais clara, rica em Sn.
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Diagramas de FasesDiagramas de equilbrio contendo fases ou compostos intermedirios
Diagrama de fases sistema Al-Cu
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Diagramas de FasesDiagramas de equilbrio contendo fases ou compostos intermedirios
Diagrama de fases sistema Al-Mg
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Diagramas de FasesDiagramas de equilbrio contendo fases ou compostos intermedirios
Cincia dos MateriaisDiagramas de F
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Diagramas de FasesO sistema Ferro-carbono Euttico 1147 0C
4,30%pC
Euttoide727 0C0,76%pC
Cincia dos MateriaisDiagramas de F
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Diagramas de FasesFases presentes no diagrama Ferro-Carbeto de ferro
Ferrita ou ferro -Forma estvel do ferro puro temperatura ambiente. Estrutura CCC.
Apenas pequenas concentraes de carbono so solveis na ferrita. (solubilidade mxima: 0,022%p de carbono a 727 0C).
Propriedades: - Dctil-Magntica abaixo de 768 0C- massa especfica 7,88 g/cm3
Ferrita ampliao de 90x
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Diagramas de FasesFases presentes no diagrama Ferro-Carbeto de ferro
Austenita ou fase do ferro - No estvel abaixo de 727 0C.-Solubilidade mxima de carbono: 2,14%p a 1147 0C. - no-magntica.
Ferrita : estvel somente a temperaturas
Austenita ampliao de 90x
Ferrita : estvel somente a temperaturas elevadas sem importncia tecnolgica
Cementita (Fe3C) forma-se quando o limite de C excedido na ferrita . Tambm coexiste com a fase entre 727 0C e 1147 0C. Mecanicamente: dura e frgil
Cincia dos MateriaisDiagramas de F
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Diagramas de FasesLigas ferrosas
Ligas ferrosas: tem o ferro como componente principal, mas o carbono e outros elementos podem estar presentes.Classificao das ligas ferrosas com base no teor de carbono:Ferro ao e ferro fundido
Ferro menos do que 0,008%p CAo 0,008 a 2,14%p C (raramente excedem 1,0%p C)Ao 0,008 a 2,14%p C (raramente excedem 1,0%p C)Ferros fundidos 2,14 a 6,70%p C (comercialmente menos que 4,5%p C).
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Diagramas de FasesDesenvolvimento de microestrutura em ligas de ao
Composio eutetide 0,76%p C.
Perlita = camadas alternadas das fases (0,022%p C e Fe3C (6,7%p C)
120 m
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Diagramas de FasesDesenvolvimento de microestrutura em ligas de ao
Ligas hipoeuttides
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Diagramas de FasesDesenvolvimento de microestrutura em ligas de ao
Ligas hipoeuttides
Ferritaproeutetide
Perlita
Fotomicrografia ao 0,38%p C
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Diagramas de FasesDesenvolvimento de microestrutura em ligas de ao
Ligas hipereuttides
Cincia dos MateriaisDiagramas de F
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Diagramas de FasesInfluncia de outros elementos de liga