Captulo 4 Microestrutura

(Fases)

4.MICROESTRUTURA4-14-2 4-3 4-4 4-5

INTRODUOCRITRIOS DE ANLISE DA MICROESTRUTURA PROPRIEDADES ADITIVAS E INTERATIVAS SOLUBILIDADE DIAGRAMA DE FASES

Microestrutura pode ser alterada para se fazer uso de propriedades mais adequadas em determinadas aplicaes

Como: deformao plstica; recristalizao; adio de novas fases; manipular as fases (quantidades, propores, tamanho e distribuio).

Diversas microestruturas:

FASE A PORO HOMOGNEA DE UM SISTEMA QUE TEM IGUAL COMPOSIO QUMICA, ESTRUTURA CRISTALINA E INTERFACES COM O MEIO

Todo metal puro

considerada-se uma fase

Uma fase identificada pela composio qumica e estrutura (cristalina e microestrutura) A interao de duas ou mais fases em um material permite a obteno de propriedades diferentes possvel alterar as propriedades do material alterando a forma e distribuio das fases

Diferentes fases so apresentadas:-a) cristalina sem fase vtrea

-b) cristalina + fase vtreaNas microestruturas (a) e (b), pode-se verificar: - diferentes fases, - fases orientadas ou no, - diferente proporo de fases CRITRIOS DE ANLISE DA MICROESTRUTURA anlise da microestrutura

4-2 CRITRIOS DE ANLISE

DA MICROESTRUTURA

Os critrios de anlise da microestrutura so:1. FASES PRESENTES 2. COMPOSIO DAS FASES 3. PROPORO DAS FASES 4. TAMANHO (DISTRIBUIO DE TAMANHO) DAS FASES 5. DISTRIBUIO DAS FASES 6. FORMA DAS FASES 7. ORIENTAO DAS FASES

Em funo destes critrios as propriedades podem ser agrupadas em duas categorias: - ADITIVAS - INTERATIVAS

ADITIVAS E INTERATIVAS- Duas fases nunca apresentam propriedades idnticas ADITIVAS quando podem ser determinadas pela mdia das propriedades de cada fase individual INTERATIVAS quando o comportamento de cada fase depende da adjacente

4-3 PROPRIEDADES

- As propriedades podem ser:

PROPRIEDADES ADITIVAS- geralmente so propriedades fsicas - em funo das fraes volumtricas obtm-se a propriedade final

Ex.: DENSIDADE

calculada a partir do de cada fase e da frao volumtrica (f) correspondente

m = f11 + f2 2 +...+ fi i

PROPRIEDADES ADITIVAS- Outros exemplos tpicos: calor especfico, condutividade eltrica, condutividade trmica. CONDUTIVIDADE TRMICA: pode ser dada conforme a disposio das fases

(a) km= faka + fbkb

PROPRIEDADES INTERATIVAS No podem ser interpoladas entre as fases, pois o comportamento de cada fase depende da adjacente So exemplos tpicos as propriedades mecnicas dos materiais, como dureza, resistncia mecnica Um exemplo tpico a mudana de comportamento de uma matriz dctil com uma segunda fase dispersa de partculas finas e duras, que inibe o escorregamento e evita o cisalhamento da matriz dctil.

AS PROPRIEDADES ADITIVAS E INTERATIVAS sofrem efeito:- da granulometria - da forma, distribuio e orientao das fases - de quantidade de fases A MICROESTRUTURA AINDA PODE SER INFLUENCIADA POR:

- crescimento de gro- recristalizao

EFEITO DA GRANULOMETRIA NAS PROPRIEDADES MECNICAS:

Diferentes tamanhos de gros em um material diferentes propriedades mecnicas.

Materiais com diversas fases de diferentes granulometrias diferentes propriedades mecnicas. Exemplo: adio de areia muito fina ao asfalto adio de brita ao asfaltoA 1 mistura muito mais viscosa, tende a gerar um asfalto com maior resistncia mecnica.

Ao com uma estrutura mais fina ser mais duro e resistente que outro com o mesmo teor de C e estrutura mais grosseira

4-4 SOLUBILIDADEUm material pode ser resultado da combinao de diferentes componentes: - por formao de solues(tipo de solubilizao, dependendo do tamanho dos raios: substucional ou intersticial)

- por formao de misturas heterogneas

Quanto a solubilidade pode-se classificar as solues em:

- totalmente miscveis - totalmente imiscveis - miscibilidade parcial

4.4.1 Total Miscibilidade Total miscibilidade: mistura gua + lcool um componente dissolve o outro em quantidade ilimitada Ex.: CuNi

Liga de total miscibilidade

4.4.1 Total Imiscibilidade Total Imiscibilidade: mistura gua + leo

mesmo com agitao e temperatura no obtm-se uma nica fase Ex.: Pb e Cu

4.4.3 Miscibilidade Limitada Miscibilidade Limitada: mistura gua + acar

gua + sal

um componente dissolve o outro em quantidade limitada Ex.: Sn e Pb

4.4.4 Regra de Hume Rothery COMO DEFINIR A SOLUBILIDADE DE UM ELEMENTO EM OUTRO? Regra de HUME-ROTHERY So condies necessrias, mas no suficientes para que dois metais apresentem solubilidade total: 1. Tamanho: diferena entre raios < 15% 2. Estrutura cristalina: deve ser a mesma (ou com plano decontinuidade)

3. Eletronegatividade: deve ser semelhante 4. Valncias: devem ser iguais

Exemplo 1: Com os dados necessrios fazer anlise da solubilidade das ligas AgAu, AlSi e AgCu.

1. Tamanho: rAg - 0,126 nm

AgAu:

AlSi:1. Tamanho: rAl - 0,143 nm rSi - 0,118 nm 2. Estrutura cristalina: Al-CFC e Si-Cbica do diamante 3. Eletronegatividade: Al (1,5eV) Si(1,8eV) 4. Valncias: Al+3 Si+4 Al e Si imiscveis

rAu - 0,137 nm 2. Estrutura cristalina: Ag e Au - CFC 3. Eletronegatividade: Ag (1,9eV) Au(2,4eV)

1. Tamanho: rAg - 0,143 nm rCu - 0,128 nm 2. Estrutura cristalina: Ag - Cu -CFC 3. Eletronegatividade: Ag (1,9eV) Cu(1,9eV)

AgCu:

4. Valncias: Ag+1 Au+1Ag e Au satisfazem e so totalmente miscibilidade total (soluo slida ilimitada

4. Valncias: Ag+1 Cu+1Ag e Cu satisfazem mas no so totalmente miscveis (soluo slida limitada)

4-5 DIAGRAMA DE FASES4.5.1 Diagramas Diagrama de fases: - D informaes sobre microestrutura em funo da temperatura e composio - Permite a visualizao da solidificao e fuso - Mostra as transformaes de fases

- D informaes sobre outros fenmenos - Compatibilidade entre materiais, mxima temperatura de trabalho, etc

A solubilidade de fases em funo da temperatura (presso = 1 atm) pode ser representada por diagramas de fasesDiagrama de soluo slida ilimitada Diagrama sem soluo slida Diagrama de soluo slida limitada

ANLOGOgua + lcool gua + leo gua + acar

Como calcular as informaes no diagrama ? Quantas fases esto presentes nos pontos indicados na figura? A B Qual a proporo de cada fase em cada ponto? Qual a composio de cada fase em cada ponto?

C

REGRA DA ALAVANCA

4.5.2 Regra da AlavancaFASES PRESENTES, PROPORO E COMPOSIO

2

PROPORO DAS FASES NO XAROPE

Y-O x 100 =%xarope Y-X

O-X x 100 =% acar Y-X

X

O

Y

3

COMPOSIO DO XAROPE

% acar no xarope

1

FASES PRESENTES

Composio inicial da mistura

Exemplo 2: Determine as fases presentes, proporo e composio para o diagrama gua+Acar na T 15C com composio inicial 25% de H2O e 75% de acar.

Exemplo 2: gua + Acar Para T 15C e 25% de H2O e 75% de acar

Fases Presentes:

xarope (acar e gua) slido (acar)

Proporo das Fases - Regra da Alavanca % acar = 0-X = 75-67 *100= 24,2% Y-X 100-67 % xarope = Y-O= 100-75 *100= 75,8% Y-X 100-67 Composio das Fases: Xarope: 67% acar e 33% de gua Slido: 100%acar

4.5.3 Diagrama de Fases de Soluo Slida Ilimitada Fases presentes: L - lquido SS - slida Componentes: AeB Linhas: Lquidus SlidusDiagrama de fase binrio mostrando a total miscibilidade de A em B LINHA LQUIDUS: determina o lugar geomtrico das temperaturas acima das quais tem-se somente lquido LINHA SLIDUS: determina o lugar geomtrico das temperaturas abaixo das quais tem-se somente slido

Microestruturas caractersticas de diferentes regies em um diagrama de fases com com soluo ilimitada.

Exemplo 3: Determine as fases presentes, proporo e composio para o diagrama CuNi na T 1250C com composio inicial de 40%Ni 60%Cu.

Exemplo 3: T 1260C - 40%Ni 60%Cu.

Fases Presentes:

L

Proporo das Fases: % L = 43-40 *100 = 30% 43-33 % = 40-33 *100= 70% 43-33 Composio das Fases: L 33% Ni e 77% Cu 43% Ni e 57% Cu

Exemplo 5: Desenhe a microestrutura esperada para o diagrama Cu Ni durante a solidificao de uma liga 40%Ni

Desenvolvimento da microestrutura de uma liga 40% de Ni durante o resfriamento em EQUILBRIO

Solidificao da liga considerando condies reais A microestrutura s segue o diagrama de equilbrio para velocidades de solidificao lentas Na prtica, no h tempo para a difuso completa e as microestruturas no so exatamente iguais s do equilbrio O grau de afastamento do equilbrio depender da taxa de resfriamento Como conseqncia da solidificao fora do equilbrio tem-se a segregao (a distribuio dos 2 elementos no gro no uniforme, sendo o centro do gro mais rico do elemento com o elemento de maior ponto de fuso)

4.5.4 Regra de Gibbs

Quantas fases esto presentes em um determinado ponto?Quantos componentes a mistura apresenta? Quantos graus de liberdade tem o sistema?

REGRA DE GIBBS

Regra de Gibbs para presso atmosfricaF = C - P +1 F - graus de liberdade P - n fases C - componentes da misturaGraus de liberdade em cada parte do diagrama, ou seja o que se pode variar no sistema para que continuem coexistindo as fases presentes em cada regio do diagrama.

Exemplo 6: Determine os graus de liberdade do sistema para os pontos indicados no diagrama Cu Ni. O que significa o valor calculado para cada ponto?

A

BC

Exemplo 6: Determine os graus de liberdade do sistema para os pontos indicados no diagrama Cu Ni. O que significa o valor calculado para cada ponto?F = C - P +1Ponto B: F = 2 - 2 +1 = 1 Pode-se variar ou a composio ou a temperatura da liga para coexistir as fases L e .

Ponto A:F = 2 - 1 +1 = 2 Pode-se variar a composio e a temperatura da liga e obtm-se a mesma fase. Ponto C: F = 2 - 1 +1 = 2

Pode-se variar a composio e a temperatura da liga e obtm-se a mesma fase.

4.5.5 Diagrama de Fases sem Soluo Slida Diagrama de fase de euttico binrio sem soluo slida

Componentes que formam o sistema : A e B A + B no formam uma soluo slida L - fase lquida (mistura A+B) Linha lquidus

Linha slidus

Diagrama de fase de euttico binrio sem soluo slidaREAO EUTTICA:

L A + BFases: 1 lquida e 2 slidas Temperatura euttica

Composio euttica Linha lquidus Linha slidus = Temperatura euttica Ex: Al-Si

Diagrama de fase de euttico binrio de soluo slida ilimitadaMicroestruturas caractersticas de diferentes regies em um diagrama de fases binrio de euttico sem soluo slida.

Exemplo 7: Determine as fases presentes, proporo e composio para o diagrama abaixo, no ponto indicado.

Fases Presentes:

L

BProporo das Fases: % L = 100-75 *100 = 41,67% 100-40 % B = 75-40 *100= 58,33% 100-40 Composio das Fases: L 40% B e 60% A B 100% B75

C

50 25