Diagrama de Equlíbrio

7/23/2019 Diagrama de Equlbrio

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DIAGRAMA DE FASEOU DE EQUILBRIO


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DIAGRAMA DE FASE OU DEEQUILBRIOROTEIRO DA AULA Importncia do tema

Definies : componente, sistema, fase, equilbrio

Limite de solubilidade

Metaestabilidade (sistemas fora do equilbrio) Sistemas com um nico componente

Sistemas binrios

Regra da alavanca

Regra das Fases

Transformaes : euttica, eutetide, perittica, peritetide

Desenvolvimento de estruturas em sistemas binrios

em condies de equilbrio

fora do equilbrio

em sistemas com eutticos


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DIAGRAMA DE FASE OU DE EQUILBRIO

1. IMPORTNCIA:

- D informaes sobre microestrutura e propriedadesmecnicas em funo da temperatura, composio equantidade de fase em equilbrio;

- Permite a visualizao da solidificao e fuso;

- Prediz as transformaes de fases;- D informaes sobre outros fenmenos.


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2.Definies:

- Componentes:So metais puros e/ou compostos qumicos e/ou compostosque constituem uma liga. (Lato = Cu + Zn)

Sistema: Definio 1 : quantidade de matria com massa e

identidade fixas sobre a qual dirigimos a nossa ateno.Todo o resto chamado vizinhana. Exemplo: uma panelade fundio com ao fundido.

Definio 2 : srie de ligas formadas pelos mesmoscomponentes, independendo da composio especfica.

Exemplo: o sistema Ferro-Carbono.Fase:

Uma poro homognea do sistema, que possuipropriedades fsicas e qumicas caractersticas. Exemplo:fases a, b e L da liga ao lado.


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2.Definies:

Fase:


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2.Definies:

EQUILBRIO Em termos macroscpicos

Um sistema est em equilbrio quando suas caractersticasno mudam com o tempo, e tende a permanecer nascondies em que se encontra indefinidamente, a no ser

que seja perturbado externamente. Em termos termodinmicos

Um sistema est em equilbrio quando sua energia livre mnima, consideradas as condies de temperatura,presso e composio em que ele se encontra.

Variaes dessas condies resultam numa alterao daenergia livre, e o sistema pode espontaneamente se alterarpara um outro estado de equilbrio (no qual a energia livreseja mnima para as novas condies de temperatura,presso e composio).

Energ ia Livre DG = DHT DS


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2.Definies:


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DIAGRAMA DE FASE OU DE EQUILBRIO2.Definies:

Microestrutura

caracterizada pelo nmero de fases existentes, porsuas propores e pela maneira pela qual elas estodistribudas ou arranjadas.

Molibdnio puro

Lato (cobre-zinco)

Alumnio- 18% silcio)


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4. FASES DE EQUILBRIO E FASESMETAESTVEIS

Fases de equilbrio: suas propriedades oucaractersticas no mudam com o tempo.

Geralmente so representadas nos diagramas porletras gregas

Fases metaestveis: suas propriedades ou

caractersticas mudam lentamente com o tempo,ou seja, o estado de equilbrio no nuncaalcanado. No entanto, no h mudanas muitoperceptveis com o tempo na microestrutura das

fases metaestveis Raio-X


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SISTEMAS BINRIOS ISOMORFOS

L:Soluo lquida homogneacontendo Ni+ CU

: Soluo slida homogneacontendo Ni+ CU.

Isomorfo: sistema em que existesolubilidade completa dos doiscomponentes nos estados lquidos e

slidos Linha liquidus: afase lquida est

presente em todas as temperaturase composies localizadas acimadesta linha.

Linha solidus: abaixo da qual, paraqualquer temperatura ecomposio, existe apenas a faseslida.


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% atmica Ni

L = Soluo lquidahomognea de Cu+ Ni

Soluo slidahomognea de Cu +Ni

SISTEMAS BINRIOS ISOMORFOS


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4.1. DIAGRAMA DE EQUILBRIO PARASISTEMAS BINRIOS E ISOMRFOS

Isomorfo quando a solubilidade completa (Exemplo:Sistema Cu-Ni)

linhaliquidus

linhasolidus

FILME
http://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_3/Meus%20documentos/Cursos/concluido/mestrado/movies/9%20-%20Phase%20Diagrams/Alcohol.movhttp://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_3/Meus%20documentos/Cursos/concluido/mestrado/movies/9%20-%20Phase%20Diagrams/Alcohol.movhttp://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_3/Meus%20documentos/Cursos/concluido/mestrado/movies/9%20-%20Phase%20Diagrams/Alcohol.movhttp://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_3/Meus%20documentos/Cursos/concluido/mestrado/movies/9%20-%20Phase%20Diagrams/Alcohol.movhttp://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_3/Meus%20documentos/Cursos/concluido/mestrado/movies/9%20-%20Phase%20Diagrams/Alcohol.movhttp://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_3/Meus%20documentos/Cursos/concluido/mestrado/movies/9%20-%20Phase%20Diagrams/Alcohol.mov


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INTERPRETAO DO DIAGRAMA DEEQUILBRIO

- Fases presentes localiza-se a temperatura ecomposio desejada e verifica-se o nmero de fasespresentes

- Composio qumica das fases usa-se omtodo da linha de conexo (isotrma)

Para um sistema monofsico a composio a mesma

da liga

- Percentagem das fases (quantidades relativas

das fases) regra das alavancas

SISTEMA BIN RIO C Ni


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SISTEMA BIN RIO Cu-NiDETERMINAO DAS FASES PRESENTES

B

1- determina atemperatura ecomposio nodiagrama.

Ex:T 1150C

50%p de Ni

B

100% fase slidaA composio amesma da liga.

C

SISTEMA BINRIO C Ni


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SISTEMA BINRIO Cu-NiDETERMINAO DA COMPOSIO QUMICA DAS

FASES

Comp. Liq= 32% de Ni e 68% de CuComp. Sol. = 45% de Ni e 55% de Cu

B

Existe duas formas:

1- Regio monofsica: acomposio a mesma da liga

presente.Ex: T 1100C; 80%p de Ni

(A)%100 fase slida

80% de Ni e 20%Cu.

2- Regio bifsica:

Ex: T= 1240C; 60%Ni

A

1- determina a temperatura e composio no diagrama.


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SISTEMA Cu-NiDeterminao das quantidades relativas dasfases

Existe duas formas:

1- Regio monofsica: somente uma fase est presente %100 fase.

2- Regio bifsica: usa-se a linha de amarrao em conjunto regra

da alavanca. Seguindo o procedimento:Constroi-se a linha de amarrao e localiza a composio globalsobre esta linha;

Calcula-se a frao de fase: toma-se o comprimento da linha deamarrao desde a composio global at a fronteira com a faseoposta e divide-se pelo comprimento total da linha de amarrao

A frao da outra fase determinada de maneira semalhante;


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SISTEMA Cu-NiDeterminao das quantidades relativas das fases

Comp. Liq= 31,5% Ni e 68,5%Cu

Comp. Sol. = 42,5,%Ni e %57,5Cu

Composio das fases

Percentagem dasfases

L = S

R+S

S = R

R+S

L = C-C0

C-CL

L = Co-CL

C-CL

Fase lquida:

Fase slida:


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SISTEMA Cu-NiExerccio: Determinao das quantidadesrelativas das fases (tomando: 1250C; 35%pNi)


Comp. Sol. = 42,5 %Ni e %57,5Cu Composio das fases


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SISTEMA Cu-NiExerccio: Determinao das quantidadesrelativas das fases (tomando: 1250C; 35%pNi)


Comp. Sol. = 42,5 %Ni e %57,5Cu Composio das fases


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a. Exerccio: Uma liga Cu-Ni com composio 70%pNi-30%pCu aquecida lentamente a partir de 1300C. Determine:

Temperatura que se forma a primeira frao de fase lquida;

Qual a composio desta fase lquidaQual a temperatura que ocorre a fuso completa da liga.Qual a composio da ltima frao de slido quepermanece no meio antes da fuso completa


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DESENVOLVIMENTO DA MICROESTRUTURASOLIDIFICAO EM EQULIBRIO

A microestrutura s segue o diagrama de equilbriopara velocidades de solidificao lentas;

Na prtica, no h tempo para a difuso completa e

as microestruturas no so exatamente iguais s doequilbrio;

O grau de afastamento do equilbrio depender dataxa de resfriamento;

Como conseqncia da solidificao fora doequilbrio tem-se a segregao (a distribuio dos 2elementos no gro no uniforme).


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DESENVOLVIMENTO DA MICROESTRUTURASOLIDIFICAO EM EQULIBRIO

(35%p Ni65%pCu)

1260C

Composio qumicadas fases

Quantidade relativa dasfases

Lquido slido Lquido slido

Ponto a 35%pNi 0% 100% 0%

Ponto b 35%pNi 46%pNi 100% 0%

Ponto c 32%pNi 43%pNi - 73%pNi 27%pNi

Ponto d 24%pNi 35%pNi - 0% 100%

Ponto e 0% 35%pNi - 0% 100%

DESENVOLVIMENTO DA MICROESTRUTURA


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DESENVOLVIMENTO DA MICROESTRUTURASOLIDIFICAO EM EQULIBRIO (35%p Ni65%pCu)

1260C


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CORED x EQUILBRIO DE FASES

Rpida taxa de resfriamento: Baixa taxa de resfriamento:

Estrutura de CORED Equilbrio


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Microestrutura fora do equlibio

CONSEQUNCIAS DA SOLIDIFICAOFORA DO EQUILBRIO:

Segregao zonamento (coring) diminuio das propriedades Pode haver a necessidade de

recozimento

Zonamento observado numa liga de Zn Contendo Zr (aumento 400X)


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Mudana na composio das fases durante oprocesso de solidificao


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Curva de solidificao e Remoodo calor latente de fuso


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Propriedades mecnicas isomorfas

SISTEMAS EUTTICOS BINRIOS


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Le, So encontradas 3 regies monofsicas

distintas: rica em cobre e prata como soluto rica em prata e cobre como soluto

1. Temperaturas baixo dalinha BEG apenas umaconcentrao limitada de

prata ir se dissolver nocobreidem para ocobre.

2. CBAlimite desolubilidade para a fase

3. B (8%p Ag)Solubilidademxima da prata no cobrena fase

4. G (8,8%pCu) solubilidade

mxima do Cobre naPrata na fase



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SISTEMAS EUTTICOS BINRIOS1. 3 regies bifsicas2. Euttico : ponto onde o equilbrio invariante, portanto o

equilbrio entre trs fases ocorre a uma determinada temperatura

e as composies das trs fases so fixas.

eLL;

1. Composio eutticasolidifica a uma T abaixode qualquer outra liga

2. Temperatura eutticaTmais baixa a qual podeexistir fase lquida

Exerccio


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Faa uma anlise das fases presentes nos seguintes pontos do diagrama defases Pb-Sn: 40%Sn e T= 150C

Composio das fases

Alfa = 10% Sn90% Pb

Beta =98%Sn-2%Pb

Quantidade das fases

%3434,0

1098

1040

%6666,01098

4098

1

1

CC

CCW

CC

CCW



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SISTEMAS EUTTICOS BINRIOSExerccio

Faa uma anlise das fases presentes nos seguintes pontos do diagrama defases Pb-Sn: (fases presentes, composio das fases e proporo das fases)

a. Composio euttica:

b. 40%Sn e T= 230C

c. 40%Sn e T= 185C

d. 40%Sn e T= 180C


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Composio 61,9%Sn 38,1%Pb

Fases presentes alfa beta

Composio dasfases

19,2%pSn;80,8%p Pb 97,5%p Sn ; 2,5%pPb

Proporo dasfases (97,5-61,9)/(97,5-19,2)*100% =45,5% (61,9-19,2)/(97,5-19,2)*100%=54,5%

Composio 40%Sn 60%Pb

Fases presentes Lquido alfa

Composio dasfases 48%pSn; 52%p Pb 15%p Sn ; 85%pPb

Proporo dasfases

(40-15)/(48-15)*100% = 76% (48-40)/(48-15)*100%= 24%

40%Sn e T= 230C

a. Composio euttica:


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Composio 61,9% 38,1%Pb

Fases presentes alfa beta

Composio dasfases

19,2%pSn;80,8%p Pb 97,5%p Sn ; 2,5%pPb

Proporo dasfases (97,5-40)/(97,5-19,2)*100% =73% (40-19,2)/(97,5-19,2)*100%= 27%

Composio 40%Sn 60%Pb

Fases presentes Lquido alfa

Composio dasfases 61,9%pSn; 38,1%p Pb 19,2%p Sn ; 80,8%pPb

Proporo dasfases

(40-19,2)/(61,9-19,2)*100%= 49%

(61,9-40)/(61,9-19,2)*100%= 51%

40%Sn e T= 185C

40%Sn e T= 180C

D l i t d i t t li tti


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Desenvolvimento de microestrutura em ligas eutticas

SnPb

Resfriamento a partir de 350C at 20C da

Caso 1 Composio - 2%p Sn

Varia entre a composio de umcomponente puro e asolubilidade slida mx para ocomponente a temp. ambiente.Muito pequena a faixa decomposies qumicas em

que pode se formar estruturamonofsica



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SnPb

Resfriamento a partir de 350C at 20C da

Caso 2 Composio - 15%p SnPRECIPITAO

Ao ser ultrapassado o limite desolubilidade (linha solvus) deSn no Pb, ocorre aprecipitao da fase , dereticulado cristalino distinto doda fase e com distintas

propriedades fsico-qumicas.



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At

ransfo

r

Caso 3 - Solidificao da composio euttica

)%8,97()%18()%9,61( toresfriamen pSnpSnpSnL



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39


At

ransfo

r

Estrutura euttica



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At

ransfo

r

Caso 4todas as composies que durante oresfriamento cruzam a isoterma euttica (comexceo da composio euttica).

Em ligas hipo-eutticasocorre inicialmenteprecipitao de faseprimria - dendritas de a

pr-eutticas.O lquido eutticoresidual L (61,9% Sn) setransforma emmicroestrutura euttica

[a(18,3% Sn)+b(97,8%Sn)].



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Atransforma

o

Frao de microconstituinte euttico = frao da fase lquida.

P Q R

QP

QW

C

QP

PWW Le

'

3,189,61

3,181

RQPPW

RQP

RQW

Reao eutetide e peritetide


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Reao eutetide e peritetide

Atransforma

o

Frao de microconstituinte euttico = frao da fase lquida.


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SISTEMA EUTTICOREGRA DAS FASES


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REAES NA REGIO DE SOLUBILIDADE


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HIPO-EUTTICO E HIPER-EUTTICOHIPO-EUTTICO COMPOSIO MENOR QUE O EUTTICOHIPER-EUTTICO COMPOSIO MAIOR QUE O EUTTICO


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REAO EUTETIDE:

+

( a diferena do euttico que uma fase slida, ao invs de uma

lquida, transforma-se em duas outras fases slidas.

REAO PERITTICA: Envolve trs fases em equilbrio

+ Lquido

Uma fase slida mais uma fase lquida transforma-se numa outrafase slida

DIAGRAMA DE EQUILBRIO TENDOFASES INTERMEDIRIAS


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PERITTICO E EUTTICO


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PERITTICO

Envolve 3 fases em equilbrio


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PERITTICO DUPLO

EUTTICO EUTETIDE E


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EUTTICO, EUTETIDE EPERITTICO

Ponto defusocongruente

REAO MONOTTICA E


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REAO MONOTTICA EEUTTICA

Dois lquidos imiscveis formam uma fase slida euma fase lquida (MONOTTICA)

EUTTICA

TRANSFORMAES


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TRANSFORMAESALOTRPICAS


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DIAGRAMA TERNRIO

COMPPOSIO EM DIAGRAMA


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COMPPOSIO EM DIAGRAMATERNRIO

TRINGULO DE GIBBS


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DIAGRAMA DE FASE Fe-C


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FERRO PURO

FERROPURO

FERRO =

FERRITA FERRO =

AUSTENITA

FERRO =FERRITA

TF= 1534 C

As fases , e so soluesslidas com

Carbono intersticial

cfc

ccc

ccc

Ferro Puro /Formas


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57

Ferro Puro /FormasAlotrpicas

FERRO = FERRITA

Estrutura= ccc

Temperatura existncia=

at 912 C

Fase Magntica at 768 C(temperatura de Curie)

Solubilidade mx do

Carbono= 0,002% a 727C

mole e dctil

FERRO = AUSTENITA

Estrutura= cfc

Temperatura

existncia= 912 -1394C

Fase No-Magntica

Solubilidade mx do

Carbono= 2,14% a1147 C

mais dura


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FERRO PURO

cfc

ccc

ccc

Ferro Puro /Formas


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FERRITA AUSTENITA

Ferro Puro /Formas


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FERRO = FERRITA

Estrutura= ccc

Temperatura existncia= acima de 1394C

Fase No-Magntica

Como estvel somente a altastemperaturas no tem interesse comercial


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FERRO PURO

cfc

ccc

ccc


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Sistema Fe-Fe3C

Ferro Puro= at 0,002% de Carbono

Ao= 0,002 at 2,06% de Carbono

Ferro Fundido= 2,1-4,5% de Carbono

Fe3C (CEMENTITA)= Forma-se quando olimite de solubilidade do carbono ultrapassado (6,7% de C)


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CEMENTITA (Fe3C)

Forma-se quando o limite de solubilidade docarbono ultrapassado (6,7% de C)

dura e frgil

um composto intermetlico metaestvel,embora a velocidade de decomposio emferro e C seja muito lenta

A adio de Si acelera a decomposio dacementita para formar grafita


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PONTOS IMPORTANTES DO SISTEMA Fe-Fe3C (EUTTICO)

PONTO C LIGA EUTTICA o ponto mais baixo defuso

Lquido FASE (austenita) + cementita

- Temperatura= 1147 C

- Teor de Carbono= 4,3% As ligas de Ferro fundido de 2,06-4,3% de C sochamadas de ligas hipo-eutticas

As ligas de Ferro fundido acima de 4,3% de C so

chamadas de ligas hiper-eutticas


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C


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PONTOS IMPORTANTES DO SISTEMA Fe-Fe3C (EUTETIDE)

PONTO S LIGA EUTETIDE o liga de menor temperatura de

transformao no estadp slido slida;Austenita FASE (FERRITA) +

Cementita

- Temperatura= 723 C- Teor de Carbono= 0,8 % Aos com 0,002-0,8% de C so chamadas de aos hipo-

eutetide;

Aos com 0,8-2,06% de C so chamadas de aos hiper-eutetides.


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S

MICROESTRUTURAS / EUTETIDE


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MICROESTRUTURAS / EUTETIDESupondo resfriamento lento para manter o equilbrio

similar ao eutticoConsiste de lamelas alternadas de fase (ferrita) e

Fe3C (cementita) chamadadePERLITA FERRITA lamelas + espessas e

claras

CEMENTITA lamelas + finas e escuras

Propriedades mecnicas da perlita intermediria entre ferrita (mole e dctil) e cementita

(dura e frgil)


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MICROESTRUTURAS / EUTETIDE


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MICROESTRUTURAS /HIPOEUTETIDESupondo resfriamento lento para manter o equilbrio

Teor de Carbono = 0,002- 0,8 %

Estrutura

Ferrita + Perlita

As quantidades de ferrita eperlita variam conforme a

% de carbono e podem ser

determinadas pela regra daalavanca;

Partes claras preutetide ferrita.

MICROESTRUTURAS/HIPEREUTETIDE


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/HIPEREUTETIDESupondo resfriamento lento para manter o equilbrio

Teor de Carbono = 0,8-2,06%

Estrutura

cementita+ Perlita As quantidades de cementita

e perlita variam conforme a% de carbono e podem ser

determinadas pela regra dasalavancas

Partes claras preutetide cementita

Diagrama de Equlíbrio

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