Diagrama de Fases em Ciência dos Materiais

47 Diagrama de fases Ciência dos Materiais CIÊNCIA DOS MATERIAIS Prof Rubens Camaratta UFPEL 202301 1 47 DIAGRAMA DE FASES 471 Introdução Informa sobre a microestrutura consequência pode predizer propriedades mecânicas em função da temperatura e composição Permite visualizar a solidificação e fusão Prevê as transformações de fases Gera informações eminentemente termodinâmicas e não apresentam qualquer consideração sobre a cinética das reações Ex Diagrama CobrePrata 47 Diagrama de fases Ciência dos Materiais LIMITE DE SOLUBILIDADE é a concentração máxima de átomos de soluto que pode dissolverse no solvente para formar uma solução no caso salmoura Quando o limite de solubilidade é ultrapassado formase uma segunda fase com composição distinta a solução líquida já saturada No caso salmoura sal 471 Introdução 47 Diagrama de fases Ciência dos Materiais Solubilidade do sal na água em função da temperatura DIAGRAMA DE FASES 471 Introdução 47 Diagrama de fases Ciência dos Materiais O DIAGRAMA DE FASES FORNECE INFORMAÇÕES SOBRE OS SEGUINTES CRITÉRIOS DE ANÁLISE DA MICROESTRUTURA 1 FASES PRESENTES 2 COMPOSIÇÃO DAS FASES 3 PROPORÇÃO DAS FASES REGRA DA ALAVANCA 471 Introdução 47 Diagrama de fases Ciência dos Materiais Miscibilidade Limitada mistura água açúcar A B C Quantas fases estão presentes em cada um dos sistemas A B C indicados na figura Qual a composição de cada fase em cada sistema Qual a proporção de cada fase nos sistemas acima REGRA DA ALAVANCA 471 Introdução 47 Diagrama de fases Ciência dos Materiais Miscibilidade Limitada mistura água açúcar A B C Quantas fases estão presentes em cada um dos sistemas A B C indicados na figura 471 Introdução 47 Diagrama de fases Ciência dos Materiais Miscibilidade Limitada mistura água açúcar A B C Qual a composição de cada fase em cada sistema 471 Introdução 47 Diagrama de fases Ciência dos Materiais Miscibilidade Limitada mistura água açúcar A B C Qual a proporção de cada fase nos sistemas A B e C 471 Introdução 47 Diagrama de fases Ciência dos Materiais A 100 fase xarope B 40 fase xarope 60 fase sólida C 875 fase xarope 125 fase sólida Miscibilidade Limitada mistura água açúcar A B C Qual a proporção de cada fase nos sistemas A B e C 472 Regra da alavanca 47 Diagrama de fases Ciência dos Materiais B 40 fase xarope 60 fase sólida Regra da alavanca Miscibilidade Limitada mistura água açúcar A B C Qual a proporção de cada fase nos sistemas A B e C 472 Regra da alavanca 47 Diagrama de fases Ciência dos Materiais C 875 fase xarope 125 fase sólida Regra da alavanca 47 Diagrama de fases Ciência dos Materiais Diagrama com solução sólida ilimitada Diagrama sem solução sólida Diagrama com SS limitada 473 Diagrama de Fases de Solução Sólida Ilimitada LINHA LÍQUIDUS determina o lugar geométrico das temperaturas acima das quais temse somente líquido LINHA SÓLIDUS determina o lugar geométrico das temperaturas abaixo das quais temse somente sólido 473 Diagrama de Fases de Solução Sólida Ilimitada 47 Diagrama de fases Ciência dos Materiais Todo diagrama de fases de solução sólida ilimitada possui a linha LÍQUIDUS e SÓLIDUS Solução sólida ilimitada Diagrama de fase binário mostrando a total miscibilidade de A em B Fases presentes L líquido SS sólida Componentes A e B Linhas Líquidus Sólidus 473 Diagrama de Fases de Solução Sólida Ilimitada 47 Diagrama de fases Ciência dos Materiais 473 Diagrama de Fases de Solução Sólida Ilimitada 47 Diagrama de fases Ciência dos Materiais Proporção das Fases L 4340 100 30 4333 4033 100 70 4333 Fases Presentes L Composição das Fases L 33 Ni e 67 Cu 43 Ni e 57 Cu 33 43 473 Diagrama de Fases de Solução Sólida Ilimitada 47 Diagrama de fases Ciência dos Materiais Exemplo Determine as fases presentes proporção e composição para o diagrama CuNi na T 1260C com composição inicial de 40Ni 60Cu 1 Qual o ponto de fusão do Cobre puro R 1085C 2 Qual o ponto de fusão do Ni puro R 1455C 3 Quantas fases sólidas são possíveis para ligas CuNi considerando que sejam fabricadas por fundição R 1 fase sólida 4 Quais as fases presentes para uma liga CuNi com 7 de Ni a 1320C R fase líquida L 5 Quais as fases presentes para uma liga CuNi com 65 de Ni a 1340C R fase líquida L e fase sólida 6 Quais as fases presentes para uma liga CuNi com 85 de Ni a 1370C Questões de fixação 7 Quais as composições das fases do ponto 1 R Fase líquida com 7 Ni e 92 Cu 8 Quais as composições das fases do ponto 2 R Fase L com 59 Ni 41Cu Fase com 70 Ni 30 Cu 9 Quais as composições das fases presentes no ponto 3 R Fase com 85 Ni e 15 Cu 10 Qual a proporção das fases no ponto 1 R 100 de fase líquida L 11 Qual a proporção das fases no ponto 2 R pela regra da alavanca fase L 45 fase 55 12 Qual a proporção das fases no ponto 3 Questões de fixação R 100 de fase sólida Microestruturas características de diferentes regiões em um diagrama de fases com com solução ilimitada Evolução Microestrutural de uma Liga CuNi 473 Diagrama de Fases de Solução Sólida Ilimitada 47 Diagrama de fases Ciência dos Materiais Exemplo Determine a temperatura líquidus e sólidus e o intervalo de solidificação de uma liga 40 Ni 473 Diagrama de Fases de Solução Sólida Ilimitada 47 Diagrama de fases Ciência dos Materiais Exemplo 4 Determine a temperatura líquidus e sólidus e o intervalo de solidificação de uma liga 40 Ni 1280C Líquidus 1240C Sólidus 473 Diagrama de Fases de Solução Sólida Ilimitada 47 Diagrama de fases Ciência dos Materiais Exemplo Diagrama Cu Ni solidificação da liga 40 Ni Desenvolvimento da microestrutura de uma liga 40 de Ni durante o resfriamento em EQUILÍBRIO 473 Diagrama de Fases de Solução Sólida Ilimitada 47 Diagrama de fases Ciência dos Materiais Mudança na estrutura de uma liga com 40 de Cu durante a solidificação em NÃO EQUILÍBRIO A microestrutura só segue o diagrama de equilíbrio para velocidades de resfriamento extremamente lentas Na prática não há tempo para a difusão completa e as microestruturas não são exatamente iguais às do equilíbrio O grau de afastamento do equilíbrio dependerá da taxa de resfriamento Como conseqüência da solidificação fora do equilíbrio temse a segregação a distribuição dos 2 elementos no grão não é uniforme sendo o centro do grão mais rico do elemento com o elemento de maior ponto de fusão Solidificação da liga considerando condições reais 473 Diagrama de Fases de Solução Sólida Ilimitada 47 Diagrama de fases Ciência dos Materiais 47 Diagrama de fases Ciência dos Materiais Diagrama com solução sólida ilimitada Diagrama sem solução sólida Diagrama com SS limitada Tipos de Diagramas de Fases 474 Diagrama de Fases sem Solução Sólida Diagrama de fase de eutético binário sem solução sólida Componentes que formam o sistema A e B A B não formam uma solução sólida L fase líquida mistura AB Linha líquidus Linha sólidus 47 Diagrama de fases Ciência dos Materiais Diagrama de fase de eutético binário de solução sólida ilimitada Microestruturas características de diferentes regiões em um diagrama de fases binário de eutético sem solução sólida 474 Diagrama de Fases sem Solução Sólida 47 Diagrama de fases Ciência dos Materiais REAÇÃO EUTÉTICA L A B Fases 1 líquida e 2 sólidas Temperatura eutética Composição eutética Linha líquidus Linha sólidus Temperatura eutética Ex AlSi Exemplo Determine as fases presentes proporção e composição para o diagrama abaixo no ponto indicado 25 50 75 Proporção das Fases L 10075 100 4167 10040 B 7540 100 5833 10040 Fases Presentes L B Composição das Fases L 40 B e 60 A B 100 B P 40 474 Diagrama de Fases sem Solução Sólida 47 Diagrama de fases Ciência dos Materiais 475 Diagrama de Fases de Solução Sólida limitada Diagrama de fase de eutético binário de solução sólida limitada Componentes A e B Fases L líquido solução sólida de B em A solução sólida de A em B Linhas SÓLVUS limite de solubilidade de A em B ou de B em A LÍQUIDUS SÓLIDUS Líquidus Sólidus Sólvus 47 Diagrama de fases Ciência dos Materiais Isoterma eutética Ponto Eutético Três regiões de fase única L Três regiões de 2 fases L e L 475 Diagrama de Fases de Solução Sólida limitada 47 Diagrama de fases Ciência dos Materiais C4 C2 C3 C1 47 Diagrama de fases Ciência dos Materiais Estanho Puro Lençol de Chumbo puro C1 C2 475 Diagrama de Fases de Solução Sólida limitada 47 Diagrama de fases Ciência dos Materiais Esquema da transformação estrutural de uma liga de Pb na composição eutética abaixo e acima da temperatura eutética Micrografia da liga mostrada no diagrama ao lado As camadas escuras são a solução sólida rica em Pb e as camadas claras a solução sólida rica em Sn C3 475 Diagrama de Fases de Solução Sólida limitada 47 Diagrama de fases Ciência dos Materiais Esquema da transformação estrutural de uma liga com 40 em peso de Pb Micrografia da liga PbSn com 50 em peso de Pb A parte escura corresponde à fase rica em Pb e a clara à fase rica em Sn C4 475 Diagrama de Fases de Solução Sólida limitada 47 Diagrama de fases Ciência dos Materiais Exemplo Determine as fases presentes proporção e composição para uma liga Pb10Sn nas temperaturas de 350C 300C 200C e 100C 475 Diagrama de Fases de Solução Sólida limitada 47 Diagrama de fases Ciência dos Materiais Exemplo Determine as fases presentes proporção e composição para uma liga Pb10Sn nas temperaturas de 350C 300C 200C e 100C A B C D Proporção das Fases L 100 líquido Fases Presentes L Composição das Fases L 10 Sn e 90 Pb A 350C 475 Diagrama de Fases de Solução Sólida limitada 47 Diagrama de fases Ciência dos Materiais Exemplo Determine as fases presentes proporção e composição para uma liga Pb10Sn nas temperaturas de 350C 300C 200C e 100C A B C D B 300C Proporção das Fases L 105 100 3846 185 1810 100 6154 185 Fases Presentes L Composição das Fases L 18 Sn e 82 Pb 5 Sn e 95 Pb 5 18 475 Diagrama de Fases de Solução Sólida limitada 47 Diagrama de fases Ciência dos Materiais Exemplo Determine as fases presentes proporção e composição para uma liga Pb10Sn nas temperaturas de 350C 300C 200C e 100C A B C D C 200C Proporção das Fases 100 sólido Fases Presentes Composição das Fases 10 Sn e 90 Pb 475 Diagrama de Fases de Solução Sólida limitada 47 Diagrama de fases Ciência dos Materiais Exemplo Determine as fases presentes proporção e composição para uma liga Pb10Sn nas temperaturas de 350C 300C 200C e 100C A B C D D 100C Proporção das Fases 99910 100 9374 9994 104 100 626 9994 Fases Presentes Composição das Fases 4 Sn e 96 Pb 999 Sn e 01 Pb 999 4 475 Diagrama de Fases de Solução Sólida limitada 47 Diagrama de fases Ciência dos Materiais Microestruturas durante o resfriamento de uma liga com 10 de Sn Exemplo 8 475 Diagrama de Fases de Solução Sólida limitada 47 Diagrama de fases Ciência dos Materiais Exemplo Qual a composição e a proporção de e eutéticos no momento que são formados 475 Diagrama de Fases de Solução Sólida limitada 47 Diagrama de fases Ciência dos Materiais Exemplo Qual a composição e a proporção de e eutéticos Proporção das Fases Regra da Alavanca eutético 975619 100 455 975192 eutético 619192 100 545 975192 Composição das Fases 192 Sn e 808 Pb 975 Sn e 25 Pb Reação eutética L 475 Diagrama de Fases de Solução Sólida limitada 47 Diagrama de fases Ciência dos Materiais Exemplo Para uma liga 30Sn 70Pb determine as fases presentes proporção e composição de cada fase para as temperaturas de 320C 250C 190C e 180C Proporção das Fases L 100 líquido Fases Presentes L Composição das Fases L 30 Sn e 70 Pb A 320C A 475 Diagrama de Fases de Solução Sólida limitada 47 Diagrama de fases Ciência dos Materiais Exemplo Para uma liga 30SnPb determine as fases presentes proporção e composição de cada fase para as temperaturas de 320C 250C 190C e 180C B 250C B Proporção das Fases L 3012 100 643 4012 4030 100 357 4012 Fases Presentes Composição das Fases L 40 Sn e 60 Pb 12 Sn e 88 Pb 475 Diagrama de Fases de Solução Sólida limitada 47 Diagrama de fases Ciência dos Materiais 12 L Exemplo Para uma liga 30SnPb determine as fases presentes proporção e composição de cada fase para as temperaturas de 320C 250C 190C e 180C C 190C C Proporção das Fases L 3019 100 268 6019 6030 100 732 6019 Fases Presentes L Composição das Fases L 60 Sn e 40 Pb 19 Sn e 81 Pb 475 Diagrama de Fases de Solução Sólida limitada 47 Diagrama de fases Ciência dos Materiais Exemplo Para uma liga 30SnPb determine as fases presentes proporção e composição de cada fase para as temperaturas de 320C 250C 190C e 180C D 180C D Proporção das Fases 9830 100 84 9817 3017 100 16 9817 Fases Presentes Composição das Fases 17 Sn e 83 Pb 98 Sn e 2 Pb 475 Diagrama de Fases de Solução Sólida limitada 47 Diagrama de fases Ciência dos Materiais Microestruturas observadas durante o resfriamento de uma liga com 30 de Sn Exemplo 10 475 Diagrama de Fases de Solução Sólida limitada 47 Diagrama de fases Ciência dos Materiais Microestruturas de ligas PbSn a hipoeutética primário e b hipereutética primário Ponto Eutético α primário e primário São as fases formadas antes de ocorrer a reação eutética também chamados de pró eutético Temperatura Eutética L α Liga Hipoeutética Liga Hipereutética 475 Diagrama de Fases de Solução Sólida limitada 47 Diagrama de fases Ciência dos Materiais Composto intermetálicoMg2Pb Tf do Mg2Pb Do diagrama A solubilidade do Pb no Mg é alta A solubilidade do Mg no Pb é muito baixa O diagrama pode ser dividido em 2 diagramas simples eutéticos Mg Mg2Pb e Mg2PbPb como indicam as linhas azul e verde 475 Diagrama de Fases de Solução Sólida limitada 47 Diagrama de fases Ciência dos Materiais Composto intermetálico estequiométrico AlSb Solução sólida intermediária Composição fixa de 1 Al para 1 Sb Em massa 1218g de Sb para 27g de Al uma solução sólida de Mo e Rh 475 Diagrama de Fases de Solução Sólida limitada 47 Diagrama de fases Ciência dos Materiais sistema CuZn Letra Nome Α α Alfa Β β Beta Γ γ Gama Δ δ Delta Ε ε Épsilon Ζ ζ Zeta Η η Eta Θ θ Teta Ι ι Iota Κ κ Capa Λ λ Lambda Μ μ Miu Ν ν Niu Ξ ξ Csi Ο ο Ómicron Π π Pi Ρ ρ Rô Σ σς Sigma Τ τ Tau Υ υ Upsilon Φ φ Fi Χ χ Chi Ψ ψ Psi Ω ω Omega Alfa Beta Gama Épsilon Eta Delta 6 soluções sólidas 2 soluções sólidas terminais α e η 4 soluções sólidas intermediárias β γ δ ε 476 Principais pontos de um diagrama de fases reações de 3 fases resfriament o 47 Diagrama de fases Ciência dos Materiais não há reação peritetóide 2000oC 10B Peritético L 600oC 15B Eutetóide 1400oC 50B Eutético L 1100oC 80B Monotético L1 L2 400oC 95B Eutético L1 Composto Intermediário Solução sólida intermediária 476 Principais pontos de um diagrama de fases reações de 3 fases 47 Diagrama de fases Ciência dos Materiais