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8/19/2019 Aula 02 Diagramas de Fases
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Fonte: Prof. Rubens Caram Jr.
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• Quando combinamos dois elementos...qual estado de equilíbrio obtemos?
• Particularmente, se especificamos...--uma composição (e.g., %p Fe - %p C), e--uma temperatura (T)
então...Quantas fases obtemos?Qual a composição de cada fase?Quanto de cada fase obtemos?
Fase BFase A
Átomo de 1
Átomo de 2
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E F: Introdução
– Soluções – soluções sólidas, monofásico – Miisturas – mais que uma fase
• Limite de solubilidade:Concentração máx. na qual
ocorre uma soluçãomonofásica.
Pergunta: Qual o limite desolubilidade a 20°C ?
Resposta: 65 %p de açúcar.Se Co < 65 %p açúcar: xaropeSe Co > 65 %p açúcar: xarope + açúcar. 65
Diagrama de fases Sacarose/água
a ç ú
c a r
p u r o
T e m
p e r a t u r a ( ° C
)
0 20 40 60 80 100Co =Composição (%p açúcar)
L
(solução líquidai.e., xarope)
Limite de
solubilidadeL
(liquido)+
S
(açúcarsólido)20
40
60
80
100
á g
u a
p u r a
Adapted from Fig. 9.1,
Callister 7e.
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• Componentes:Os elementos ou compostos que estão presentes na mistura
(e.g., Al and Cu)
• Fases:As regiões de materiais fisicamente e quimicamente distintos(e.g., α e β).
Liga deAluminio-Cobre
C F
α (fase maisescura)
β (fasemais clara)
Adapted fromchapter-openingphotograph,Chapter 9,Callister 3e.
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E & C ( )• Mudando T pode-se mudar núm. de fases:
Adapted fromFig. 9.1,Callister 7e.
D (100°C,90)
2 fases
B (100°C,70)
1 fase
caminho A a B.
• Mudando Co pode-se mudar núm. de fases: caminho B a D.
A (20°C,70)2 fases
70 80 1006040200
T e m
p e r a t u r a (
° C )
Co =Composição (%p açúcar)
L
(solução líquidai.e., xarope)
20
100
40
60
80
0
L
(liquido)
+S
(sólido)
sistemaágua-açúcar
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E F
Estruturacristalinaeletronegat r (nm)
Ni CFC 1,9 0,1246
Cu CFC 1,8 0,1278
• Ambos possuem a mesma estrutura cristalina (CFC) e
possuem eletronegatividades e raios atômicos similares (regrade Hume – Rothery) sugerindo alta solubilidade.
Sistemas de soluções simples (e.g., solução Ni-Cu)
• Ni e Cu são totalmente miscíveis em todas as proporções.
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D • Indicam fases como uma função da T, Co, e P.• Para o curso:
-sistemas binários: apenas 2 componentes.
-variáveis independentes : T e Co (P = 1 atm é quase sempre usado).
• Diagramade fases
p/ sistemaCu-Ni
Adapted from Fig. 9.3(a), Callister 7e.(Fig. 9.3(a) is adapted from PhaseDiagrams of Binary Nickel Alloys, P. Nash(Ed.), ASM International, Materials Park,OH (1991).
• 2 fases:L (líquido)
α (solução sólida CFC)• 3 campos de fases:
LL + αα
%p Ni20 40 60 80 10001000
1100
1200
1300
14001500
1600T(°C)
L (liquido)
α
(solução
Sólida CFC)
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%p Ni20 40 60 80 10001000
1100
1200
1300
1400
1500
1600T(°C)
L (liquido)
α
(soluçãoSólida CFC)
Diagrama
de fasesCu-Ni
D F:
• Regra 1: Se sabemos T e Co, então sabemos:
--o número e os tipos de fases presentes.
• Exemplos:A(1100°C, 60):
1 fase: α
B(1250°C, 35):2 fases: L + α
Adapted from Fig. 9.3(a), Callister 7e.(Fig. 9.3(a) is adapted from PhaseDiagrams of Binary Nickel Alloys, P. Nash(Ed.), ASM International, Materials Park,OH, 1991).
B ( 1 2 5 0 ° C , 3
5 )
A(1100°C,60)
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%p Ni20
1200
1300
T(°C)
L (liquido)
α
(solido)
30 40 50
SistemaCu-Ni
D F:
• Regra 2: Se sabemos T e Co, então sabemos:
--a composição de cada fase.
• Exemplos: TA A
35Co
32CL
Em TA= 1320°C:
somente Liquido (L)
CL = Co ( = 35 %p Ni)
Em TB= 1250°C:Ambos α e L
CL = Cliquidus ( = 32 %p Ni)Cα = Csolidus ( = 43 %p Ni)
Em TD= 1190°C:somente sólido (α)Cα = Co ( = 35 %p Ni )
Co = 35 %p Ni
Adapted from Fig. 9.3(b), Callister 7e.(Fig. 9.3(b) is adapted from Phase Diagramsof Binary Nickel Alloys, P. Nash (Ed.), ASM
International, Materials Park, OH, 1991.)
BT
BDTD
amarração
4Cα3
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• Regra 3: Se sabemos T e Co, então sabemos:--a quantidade de cada fase (dada em %p).
• Exemplos:
TA: Somente líquido (L)
WL = 100 %p , Wα = 0
T D: Somente sólido ( α)WL = 0, Wα = 100 %p
Co = 35 %p Ni
Adapted from Fig. 9.3(b), Callister 7e.(Fig. 9.3(b) is adapted from Phase Diagrams ofBinary Nickel Alloys, P. Nash (Ed.), ASMInternational, Materials Park, OH, 1991.)
D :
%p Ni20
1200
1300
T(°C)
L (liquido)
α
(solido)
30 40 50
sistemaCu-Ni
TA A
35Co32CL
B
TB
DTD
amarração
4Cα3
R S
Em TB: Ambosα e L
p%733243
3543=
−
−=
= 27 %p
WL =S
R + S
Wα =R
R + S
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•
A
Quanto de cada fase?Pense numa alavanca (gangorra)
ML Mα
R S
R M S M L ⋅=⋅
α
L
L
LL
L
LC C
C C
S R
R W
C C
C C
S R
S
M M
M W
−
−=
+
=
−
−=
+
=
+
=
α
α
α
α
α
00
%p Ni
20
1200
1300
T(°C)L (liquido)
α(solid)
30 40 50
BTB
amarração
CoCL Cαααα
SR
Adapted from Fig. 9.3(b),Callister 7e.
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%p Ni20
1200
1300
30 40 501100
L (liquido)
α
(solido)
T(°C)
A
35
Co
L: 35%p Ni
sistemaCu-Ni
• Diagrama de fases:Sistema Cu-Ni.
• Sistema é:--binário
i.e., 2 componentes:Cu e Ni.
--isomorfo
i.e., completasolubilidade de umcomponente nooutro; fase α
extende-se de0 a 100 %p Ni.
Adapted from Fig. 9.4,Callister 7e.
• ConsidereCo = 35 %p Ni.
E: C
4635
4332
α: 43 %p Ni
L: 32 %p Ni
L: 24 %p Ni
α: 36 %p Ni
Bα: 46 %p NiL: 35 %p Ni
C
D
E
2436
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• Cα varia durante solidificação.• Caso Cu-Ni:
• Alta taxa de resfriamento:Gradiente de concentração
• Baixa taxa de resfriamento:Estrutura de equilíbrio
Primeiro α a solidificar tem Cα = 46 %p Ni.Último α a solidificar tem Cα = 35 %p Ni.
primeiro α a solidificar:
46 %p Ni
Uniforme Cα:
35 %p Niúltimo α a solidificar:< 35 %p Ni
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: C• Efeito do endurecimento por solução sólida:
--Resistência à Tração (LRT) --Ductilidade (%AL,%RA)
--Máximo função Co --Mínimofunção de Co
Adapted from Fig. 9.6(a), Callister 7e. Adapted from Fig. 9.6(b), Callister 7e. R e
s i s t ê n c i a à T r a ç ã o
( M P
a )
Composição, %p Ni
Cu Ni0 20 40 60 80 100
200
300
400
LRT p/Ni puro
LRT p/ Cu puro E l o n g a ç ã o ( % A L )
Composição, %p NiCu Ni0 20 40 60 80 10020
30
40
50
60
%AL p/Ni puro
%AL p/ Cu puro
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: Composição
Mín. de fusão TE
2 componentesTem uma composição com umaT de fusão mínima.
Adapted from Fig. 9.7,Callister 7e.
BE
• Transição eutética
L(CE) α(CαE) + β(CβE)
• 3 regiões monofásicas(L, α, β)
• Solubilidade limitada:
α: predomina Cuβ: predomina Ag• TE : s/ líquido abaixo TE• CE
Ex.: sistema Cu-Ag
sistemaCu-Ag
L (liquido)
α L + αL+β β
α + β
Co , %p Ag20 40 60 80 1000
200
1200
T(°C)
400
600
800
1000
CE
TE8.0 71.9 91.2
779°C
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L + αL+β
α + β
200
T(°C)
18.3
C, %p Sn20 60 80 1000
300
100
L (liquido)
α183°C
61.9 97.8
β
• p/ liga 40 %p Sn-60%p Pb a 150°C, encontra-se...--Fases presentes: sistema
Pb-Sn
E: E (1)
α + β--composição das fases:
CO = 40 %p Sn
--as quantidades
relativas de cada fase: 150
40Co
11Cα
99Cβ
SR
Cα = 11 %p SnCβ = 99 %p Sn
Wα=Cβ - COCβ - Cα
=99 - 40
99 - 11
= 59
88= 67%p
SR+S
=
Wβ =CO - CαCβ - Cα
=RR+S
=
29
88 = 33%p=
40 - 11
99 - 11
Adapted from Fig. 9.8,Callister 7e.
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• Co < 2%p Sn
• Resulta em:--nas extremidades do diagrama--policristais de grãos αi.e., uma única fase sólida.
Adapted from Fig. 9.11,Callister 7e.
E:
0
L+ α
200
T(°C)
Co, %p Sn10
2
20Co
300
100
L
α
30
α+β
400
(Limite de solubilidade T ambiente)
TE(SistemaPb-Sn)
αL
L: Co %p Sn
α: Co %p Sn
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• 2 %p Sn < Co < 18.3%p Sn
• Resulta em: Inicialmente líquido + α depois apenas α finalmente duas fases
policristal αPeq. inclusões de fase β
Adapted from Fig. 9.12,Callister 7e.
E:
sistemaPb-Sn
L + α
200
T(°C)
Co , wt% Sn10
18.3
200Co
300
100
L
α
30
α+ β
400
(limite sol.em TE)
TE
2Limite sol. TAmb.
Lα
L: Co %p Sn
αβ
α: Co %p Sn
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• Co = CE• Resulta em: Microestrutura eutética (estrutura lamelar)
--camadas alternadas (lamelas) de cristais α e β.
Adapted from Fig. 9.13,Callister 7e.
E:
Adapted from Fig. 9.14, Callister 7e.160µm
Micrografia de Pb-Snmicroestruturaeutética
sistemaPb-SnL + β
α + β
200
T(°C)
C, %p Sn
20 60 80 1000
300
100
L
αβ
L + α
183°C
40
TE
18.3
α: 18.3 %pSn
97.8
β: 97.8 %p Sn
CE61.9
L: Co %p Sn
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E E
Adapted from Figs. 9.14 & 9.15, Callister7e.
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• 18.3 %p Sn < Co < 61.9 %p Sn• Resulta em: cristais α e uma microestrutura eutética.
E:
18.3 61.9
SR
97.8
SR
primárioαeutético α
eutético β
WL = (1-Wα) = 50 %p
Cα = 18.3 %p Sn
CL = 61.9 %p SnS
R + SWα= = 50 %p
• Pouco acima TE :
• Pouco abaixo TE :C
α= 18.3 %p Sn
Cβ = 97.8 %p SnS
R + SWα= = 73 %p
Wβ = 27 %pAdapted from Fig. 9.16,Callister 7e.
sistema
Pb-SnL+β200
T(°C)
Co, %p Sn
20 60 80 1000
300
100
L
αβ
L+α
40
α+β
TE
L: Co %p Sn LαLα
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L+αL+β
α + β
200
Co, %p Sn20 60 80 1000
300
100
L
α βTE
40
(Sistema
Pb-Sn)
&
Adapted from Fig. 9.8,Callister 7e. (Fig. 9.8adapted from Binary Phase
Diagrams, 2nd ed., Vol. 3,T.B. Massalski (Editor-in-Chief), ASM International,Materials Park, OH, 1990.)
160 µm
micro-constituinte eutético
Adapted from Fig. 9.14,Callister 7e.
hipereutético: (apenas ilustração)
β
β
β
ββ
β
Adapted from Fig. 9.17,Callister 7e. (Illustrationonly)
(Figs. 9.14 and 9.17from MetalsHandbook, 9th ed.,Vol. 9,Metallography andMicrostructures,American Society forMetals, MaterialsPark, OH, 1985.)
175 µm
α
αα
α
α
α
hipoeutético: Co = 50 %p Sn
Adapted fromFig. 9.17, Callister 7e.
T(°C)
61.9Eutético
eutético: Co =61.9%p Sn
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SISTEMA COBRE-ZINCO
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E • E
α + βResfr.
Aquec.
intermetallic compound- cementite
coolheat
• Eutetóide – fase sólida na equação com duas fasessólidasS2 S1+S3
γ α + Fe3C (727ºC)
coolheat
• Peritético - liquido + solido 1 solido 2 (Fig 9.21)
S1
+ L S2
δ + L γ (1493ºC)
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D C
Adapted fromFig. 9.21, Callister 7e.
Transição eutetóide δ γ + ε
Transição peritética γ + L δ E
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- OBTENÇÃO DE DIAGRAMAS DE FASE ENVOLVE TÉCNICASSOFISTICADAS COMO A DIFRAÇÃO DE RAIOS-X, DILATOMETRIA EANÁLISE TÉRMICA
- ANÁLISE DE CURVAS DE RESFRIAMENTO PERMITE OBTERDIAGRAMAS POUCO COMPLEXOS
BE DE DAAA
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