9. Diagramas de fase
em condições de
equilíbrio
- Definições e conceitos básicos:
identificação das fases, limite de
solubilidade, microestrutura das fases
- Diagramas de equilíbrio binários
isomorfos e eutéticos
- Reações eutetóides e peritéticas
- Sistema Fe-C e microestruturas que
se formam no resfriamento lento
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DIAGRAMA DE FASE OU DE
EQUILIBRIO
1. IMPORTÂNCIA:
- Dá informações sobre microestrutura e
propriedades mecânicas em função da
temperatura e composição
- Permite a visualização da solidificação e fusão
- Prediz as transformações de fases
- Dá informações sobre outros fenômenos
2
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2. LIMITE DE SOLUBILIDADE
SOLUBILIDADE COMPLETA
 SOLUBILIDADE INCOMPLETA
 INSOLUBILIDADE

LIMITE DE SOLUBILIDADE: é a concentração máxima de
átomos de soluto que pode dissolver-se no solvente, a uma dada
temperatura, para formar uma solução sólida.
 Quando o limite de solubilidade é ultrapassado forma-se
uma segunda fase com composição distinta
3
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3. FASES
FASE É A PORÇÃO HOMOGÊNEA DE UM SISTEMA QUE TEM
CARACTERÍSTICAS FÍSICAS E QUÍMICAS DEFINIDAS
Todo metal puro e uma considerado uma fase
Uma fase é identificada pela composição
química e microestrutura
 A interação de 2 ou mais fases em um material
permite a obtenção de propriedades diferentes
 É possível alterar as propriedades do material
alterando a forma e distribuição das fases

4
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4. DIAGRAMA DE FASES OU DE EQUILÍBRIO

É COMO UM MAPA PARA A DETERMINAÇÃO DAS FASES
PRESENTES, PARA QUALQUER TEMPERATURA E
COMPOSIÇÃO, DESDE QUE A LIGA ESTEJA EM
EQUILÍBRIO
- Termodinamicamente o equilíbrio é descrito em termos de
energia livre
- Um sistema está em equilíbrio quando a energia livre é
mínima
O equilíbrio de fases é o reflexo da constância das
características das fases com o tempo
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4. FASES DE EQUILÍBRIO E FASES
METAESTÁVEIS
Fases de equilíbrio: suas propriedades ou
características não mudam com o tempo.
Geralmente são representadas nos diagramas
por letras gregas


Fases metaestáveis: suas propriedades ou
características mudam lentamente com o tempo,
ou seja, o estado de equilíbrio não é nunca
alcançado. No entanto, não há mudanças muito
perceptíveis com o tempo na microestrutura das 6
fases metaestáveis.
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4.1. DIAGRAMA DE EQUILÍBRIO PARA
SISTEMAS BINÁRIOS E ISOMÓRFOS

Isomorfo
quando a solubilidade é completa (Exemplo:
Sistema Cu-Ni)
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SOLUÇÃO SÓLIDA COM GAP DE
MISCIBILIDADE
Gap de miscibilidade
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INTERPRETAÇÃO DO DIAGRAMA DE
EQUILÍBRIO
- Fases presentes
localiza-se a temperatura e
composição desejada e verifica-se o número de fases presentes
- Composição química das fases
usa-se o método
da linha de conecção (isotérma)
Para um sistema monofásico a composição é a
mesma da liga
- Percentagem das fases
(quantidades
relativas das fases) regra das alavancas
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SISTEMA Cu-Ni
DETERMINAÇÃO DAS FASES PRESENTES E DA
COMPOSIÇÃO QUÍMICA DAS FASES
B
Comp. Liq= 32% de
Ni e 68% de Cu
Comp. Sol. = 45% de Ni e 55% de Cu
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SISTEMA Cu-Ni
Determinação das quantidades relativas das
fases

Composição das fases
Comp. Liq= 31,4% Ni e 68,9%Cu
Comp. Sol. = 42,5,4 %Ni e %57,5Cu
Percentagem das fases
Fase líquida
L =S
L = C-C0
R+S
C-CL

Fase sólida
S =R
R+S
L = Co-CL
C-CL
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DESENVOLVIMENTO DA MICROESTRUTURA




A microestrutura só segue o diagrama de equilíbrio para
velocidades de solidificação 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
tem-se a segregação (a distribuição dos 2 elementos no
grão não é uniforme.
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Mudança na composição das fases
durante o processo de solidificação
Ex:
o centro do grão mais rico do elemento com o elemento de maior ponto de fusão)
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Curva de solidificação e Remoção
do calor latente de fusão
Remoção do calor
latente de fusão
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FORMAÇÃO DA MICROESTRUTURA
A distribuição dos 2 elementos no grão não é uniforme, sendo neste caso o
centro do grão mais rico do elemento com o elemento de menor ponto de fusão
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SOLUBILIDADE
É dada pela linha solvus
+l
l+
()
()
LINHA SOLVUS
+
LINHA SOLVUS
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SISTEMAS EUTÉTICOS BINÁRIOS
Reação eutética:
Líquido  + 
Neste caso a solidificação processa-se como
num metal puro, no entanto o produto é 2 fases
sólidas distintas.
Microestrutura do eutético:
LAMELAR
camadas alternadas de fase  e .
Ocorre desta forma porque é a de menor percurso
para a difusão

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REAÇÃO EUTÉTICA
Líquido
()
+
+
()
LINHA SOLVUS
Indica solubilidade
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HIPOEUTÉTICO E HIPEREUTÉTICO


HIPOEUTÉTICO COMPOSIÇÃO
MENOR QUE O EUTÉTICO
HIPEREUTÉTICO
COMPOSIÇÃO MAIOR QUE O
EUTÉTICO
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MICROESTRUTURA DE UMA LIGA DE
Sn-Pb HIPOEUTÉTICA
Região preta é a fase
primária  rica em Pb
 Lamelas são
constituídas de fase 
rica em Pb e fase
rica em Sn

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DIAGRAMA DE EQUILÍBRIO TENDO FASES
INTERMEDIÁRIAS

REAÇÃO EUTETÓIDE:

+
( a diferença do eutético é que uma fase sólida, ao invés de
uma líquida, transforma-se em duas outras fases sólidas.

REAÇÃO PERITÉTICA: Envolve três fases em equilíbrio
 + Líquido

Uma fase sólida mais uma fase líquida transforma-se numa
outra fase sólida
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PERITÉTICO E EUTÉTICO
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PERITÉTICO
Envolve 3 fases em equilíbrio
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PERITÉTICO DUPLO
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EUTÉTICO, EUTETÓIDE E PERITÉTICO
Ponto de
fusão
congruente
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REAÇÃO MONOTÉTICA E EUTÉTICA
Dois líquidos imiscíveis formam uma fase sólida e
uma fase líquida (MONOTÉTICA)
EUTÉTICA
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GRÁFICO ESQUEMÁTICO: PONTO DE
FUSÃO E TRANSFORMAÇÕES ALOTRÓPICAS
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Sistema Fe-C ou Fe-Fe3C e
microestruturas que se
formam no resfriamento
lento
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DIAGRAMA DE FASE Fe-Fe3C
TRANSFORMAÇÃO ALOTRÓPICA
+l
CCC
+l
l+Fe3C
CFC
+ 
CCC
+Fe3C
+Fe3C
As fases ,  e  são soluções sólidas
com Carbono intersticial
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FERRO PURO
FERRO  = FERRITA
 FERRO  = AUSTENITA
 FERRO  = FERRITA 
 TF= 1534 C

CARBONO

Nas ligas ferrosas as fases ,  e  FORMAM
soluções sólidas com Carbono intersticial
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DIAGRAMA DE FASE Fe-Fe3C
TRANSFORMAÇÔES
+l
+l
l+Fe3C
PERITÉTICA
+l 
EUTÉTICA
l +Fe3C
EUTETÓIDE
 +Fe3C
AÇO
FOFO
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Ferro Puro /Formas Alotrópicas
FERRO  = FERRITA




Estrutura= ccc
Temperatura
“existência”= até 912 C
Fase Magnética até 768 C
(temperatura de Curie)
Solubilidade máx do
Carbono= 0,02% a 727 C
FERRO  = AUSTENITA




Estrutura= cfc (tem +
posições intersticiais)
Temperatura
“existência”= 912 1394C
Fase Não-Magnética
Solubilidade máx do
Carbono= 2,14% a
1148C
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Ferro Puro /Formas Alotrópicas
FERRITA
AUSTENITA
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Ferro Puro /Formas Alotrópicas
FERRO  = FERRITA 
 Estrutura= ccc
 Temperatura “existência”= acima de 1394C
 Fase Não-Magnética
 É a mesma que a ferrita 
 Como é estável somente a altas temperaturas
não apresenta interesse comercial
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Sistema Fe-Fe3C
 Ferro Puro= até 0,02% de Carbono
 Aço= 0,02 até 2,06% de Carbono
 Ferro Fundido= 2,1-4,5% de Carbono
 Fe3C (CEMENTITA)= Forma-se quando o
limite de solubilidade do carbono é
ultrapassado (6,7% de C)
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CEMENTITA (Fe3C)
Forma-se quando o limite de solubilidade do
carbono é ultrapassado (6,7% de C)
 É dura e frágil
 Cristaliza no sistema ortorrômbico (com 12
átomos de Fe e 4 de C por célula unitária)
 é um composto intermetálico metaestável,
embora a velocidade de decomposição em ferro
 e C seja muito lenta
 A adição de Si acelera a decomposição da
cementita para formar grafita

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PONTOS IMPORTANTES DO SISTEMA Fe-Fe3C
(EUTÉTICO)
 LIGA EUTÉTICA:
corresponde à liga de
mais baixo de fusão
Líquido FASE  (austenita) + cementita
- Temperatura= 1148 C
- Teor de Carbono= 4,3%
 As ligas de Ferro fundido de 2,1-4,3% de C são
chamadas de ligas hipoeutéticas
 As ligas de Ferro fundido acima de 4,3% de C são
chamadas de ligas hipereutéticas
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PONTOS IMPORTANTES DO SISTEMA Fe-Fe3C
(EUTETÓIDE)
 LIGA EUTETÓIDE  corresponde à liga
de
mais baixa temperatura de transformação
sólida
Austenita
FASE  (FERRITA) + Cementita
- Temperatura= 725 C
- Teor de Carbono= 0,8 %
 Aços com 0,02-0,8% de C são chamadas de aços
hipoeutetóide
 Aços com 0,8-2,1% de C são chamadas de aços
hipereutetóides
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MICROESTRUTURAS / EUTETÓIDE
Supondo resfriamento lento para manter o equilíbrio
 É similar ao eutético
Consiste de lamelas alternadas de fase  (ferrita) e
Fe3C (cementita) chamada de
PERLITA
FERRITA
lamelas + espessas e claras
 CEMENTITA
lamelas + finas e escuras
 Propriedades mecânicas da perlita

• intermediária entre ferrita (mole e dúctil) e cementita
(dura e frágil)
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MICROESTRUTURAS / EUTETÓIDE
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MICROESTRUTURA DO AÇO EUTETÓIDE
RESFRIADO LENTAMENTE
Somente Perlita
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MICROESTRUTURAS /HIPOEUTETÓIDE
Supondo resfriamento lento para manter o equilíbrio
Teor de Carbono = 0,002- 0,8
%
 Estrutura
Ferrita + Perlita
 As quantidades de ferrita e
perlita variam conforme a
% de carbono e podem ser
determinadas pela regra das
alavancas
 Partes claras pró
eutetóide ferrita

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MICROESTRUTURA DOS AÇOS BAIXO
TEOR DE CARBONO
AÇO COM ~0,2%C
Ferrita
Perlita
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MICROESTRUTURA DOS AÇOS MÉDIO TEOR DE
CARBONO RESFRIADOS LENTAMENTE
AÇO COM ~0,45%C
Ferrita
Perlita
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MICROESTRUTURAS /HIPEREUTETÓIDE
Supondo resfriamento lento para manter o equilíbrio

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 das alavancas
Partes claras pró
eutetóide cementita
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ALGUNS DIAGRAMAS
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48
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49
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Micrografia da Liga Al-3,5%Cu no
Estado Bruto de Fusão


50
51
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52
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