Diagramas de equilíbrio
binários
Características gerais desses diagramas
• Na industria se aplicam poucos metais puros na maioria dos casos
se empregam ligas
• Para entendermos e prevermos as estruturas e as propriedades
dessas ligas bem como entendermos alguns tratamentos térmicos
deve-se conhecer e saber aplicar os diagramas de equilíbrio
• Eles são expressões gráficas de uma família de ligas formadas
entre dois metais puros.
• Um sistema está em equilíbrio termodinâmico quando não
apresenta modificações ao longo do tempo nem absorvendo nem
liberando energia.
• Desta forma, esses diagramas só indicam as transformações e as
temperaturas das transformações reais que ocorrerão na prática se
a velocidade de aquecimento e resfriamento forem muito lentas de
forma a permitir que o equilíbrio seja alcançado
Definições e conceitos básicos
• Componentes : São os metais puros ou compostos que
compõe uma liga.
• Fases: Qualquer porção homogênea fisicamente distinta
separada por interfaces.
• Constituintes = fases
• As fases podem ser:
•
-Elementos simples (metais insolúveis)
•
-Soluções sólidas (Misturas homogêneas no
estado sólido)
•
-Compostos químicos (intermetálicos): Fe3C
Soluções sólidas substitucional e intersticial
•
Solução sólida
substitucional: O
átomo do soluto
substitui o átomo do
solvente na rede
cristalina.Ex todos os
elementos (solutos) de
tamanhos
comparáveis ao do
solvente.
•
Solução sólida
intersticial: O átomos
de pequeno tamanho
conseguem se
posicionar nos
interstícios (espaços
vazios) da rede
cristalina. Ex C, B, N,
H, O.
Representação esquemática de algumas substituições de átomos de
ferro (azul) por átomos de cromo (vermelho) que podem ocorrer numa
célula CCC.
Representação esquemática de algumas substituições de átomos de
ferro (azul) por átomos de cromo (vermelho) e por átomos de níquel
(pink) que podem ocorrer numa célula CFC.
Diagrama de equilíbrio isomorfo
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•
É o diagrama que representa as
ligas entre dois metais
mutuamente solúveis em
quaisquer proporções.
Para formar uma solução sólida
completa entre os dois metais
esses devem ter:
- Os raios atômicos próximos,
com diferenças inferiores a 15%.
-Os sistemas cristalinos devem
ser iguais
-As valências devem ser iguais
-Eletronegatividades
semelhantes
Quais informações podem ser extraídas dos
diagramas de equilíbrio?
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Fases Presentes:Determinar o ponto
temperatura-composição no diagrama
e ver quais fases são estáveis naquele
ponto
Determinação das composições das
fases: Localizar o ponto temperaturacomposição correspondente no
diagrama.Se o ponto cai em uma
região monofásica a composição da
fase é a composição da liga (ponto A).
Se cai em uma região bifásica, traçar
uma linha de amarração (isotérmica)
na região bifásica, puxando uma linha
perpendicular na fronteira com as
fases. Lê-se as respectivas
composições abaixo.
Determinação das quantidades das
fases: Usa-se a mesma linha de
amarração anterior para determinar as
quantidades em peso. A fração de uma
fase é calculada pelo comprimento do
ponto da composição da liga, até a
fronteira da outra fase e dividindo pelo
comprimento total da linha. A fração
da outra fase pode ser determinada da
mesma maneira. Pode-se utilizar a
escala em peso no eixo das
composições de um dos componentes
para os cálculos acima
WL= S/ R+S WS= R/R+S
Resfriamento em condições de equilíbrio
Aspecto de materiais com estrutura
monofásica (micrografias de aços)
Variação de algumas propriedades mecânicas em
função da composição em soluções sólidas
Resfriamento fora das condições de equilíbrio
•
•
Ocorre quando a velocidade de
resfriamento não é infinitamente
lenta para permitir que o
equilíbrio seja atingido.
Condições encontradas na
indústria. Em geral no líquido a
difusão é rápida mas no sólido
ela é dependente do tempo.
Como não se permite o tempo
necessário para a
homogeneização há modificação
na linha sólidus conforme o
gráfico ao lado. Forma-se uma
estrutura estratificada cuja
média entre as composições faz
a curva sólidus se deslocar,
aumentando a quantidade de
líquido em equilíbrio, e
reduzindo a temperatura final de
solidificação
Quanto maior a velocidade de
resfriamento mais a curva
sólidus se afasta da curva do
equilíbrio