CIÊNCIAS DOS MATERIAIS

2.Diagrama de fases

O estudo do diagrama de fases é essencial para a compreensão do comportamento relacionado a fenômenos térmicos nas ligas metálicas, oferecendo dados como  pontos de fusão e cristalização dos materiais envolvidos, em função de um determinado ambiente, organizados em um diagrama bidimensional. Com o qual podemos ter um melhor controle sobre os elementos envolvidos na fusão de uma liga metálica. Para dar continuidade a esse estudo é necessário o conhecimento de algumas terminologias, são elas:

- Componentes: Metais puros e/ou compostos que serão utilizados na confecção da liga

- Sistema: O material que esta sendo trabalhado, ou, a variedade de ligas possíveis com os mesmos materiais.

2.1.Limite de solubilidade

A quantidade máxima de soluto que pode ser adicionada ao solvente sem que se forme uma nova parte muito diferente do restante do sistema.

2.2.Fase

Porção homogênea, uniforme física e quimicamente dentro do sistema

Microestrutura: É a menor unidade no sistema da liga, onde os elementos se arranjam de acordo com fatores de concentração e tratamento térmico recebido.

2.3.Equilíbrio

 Situação em que o material se manterá estável indefinidamente devido a energia interna insuficiente para alterações

2.4.Energia livre

 Função da energia interna pela entropia. Quando baixa material se torna estável, deixando de realizar combinações especificas de temperatura.

2.5.Equilíbrio de fases

 Quando as fases de uma solução não se alteram em função do tempo, devido a estabilização de temperatura ou da quantidade de material envolvido no sistema, e assim se mantem até que um desses fatores seja novamente perturbado.

Metaestável: São sistemas que não atingem equilíbrio

A partir desses conceitos podemos estudar os tipos de diagramas

2.6.Diagrama de fases unário 

Aquele que apresenta os dados de apenas um componente

2.7.Diagrama de fases binário

Aquele que apresenta os dados de dois componentes

Sistemas isomórficos binários: São sistemas com dois elementos distintos que tem comportamento térmico quase idêntico, ou seja, alteram seus estados físicos simultaneamente.

2.8.Interpretando um diagrama

Para utilizar o diagrama de forma correta, devemos ter um sistema em equilíbrio e as três informações seguintes.

Fases presentes: Precisa-se localizar o ponto de temperatura e composição no diagrama e observar as fases correspondentes a esse campo

Composição das fases: são usados métodos diferentes nas regiões monofásicas e bifásicas, no caso das monofásicas a composição é a mesma da composição global da liga. No caso das regiões bifásicas, deve-se imaginar uma linha horizontal (que será chamada de linha de amarração) que se estende na região bifásica da temperatura determinada e terminam nas curvas de fronteira de fases em ambas as extremidades, e então usamos o seguinte procedimento: 1-faz-se a linha de amarração na zona bifásica em que a liga se encontra. 2- anota-se as interseções da linha nas fronteiras bifásicas 3- a partir das interseções são traçadas linhas perpendiculares à linha de amarração ate o eixo das composições, onde pode-se ler suas respectivas composições junto a linha.

2.9.Desenvolvimento Da Microestrutura Ligas Isomorfas

• Resfriamento em condições de equilíbrio (lento)

Equilíbrio é mantido com é mostrado na imagens abaixo

[pic 1]                                                                   B - Curva Liquidus  

 D - Curva Sólidus                                                            

• Resfriamento fora das condições de equilíbrio (rápido) – animação abaixo;

[pic 2]

[pic 3][pic 4][pic 5]

2.10.Propriedades Mecânicas De Ligas Isomorfas

• Tamanho de grão constante

• Sem Trabalho a Frio
• Aumento de resistência -> Solução Sólida

[pic 6]

2.11.Sistemas Eutéticos Binários

• Solubilidade não é total

[pic 7]          [pic 8][pic 9][pic 10][pic 11][pic 12]

• Três regiões monofásicas e três bifásicas Ex. abaixo

• Descrição de soluções abaixo;

• Sistema que possui uma composição química entre os dois constituintes definida onde a fase líquida se decompõe em duas fases sólidas em determinada temperatura

• L= α + β

• A liga eutética possui ponto de fusão menor que os elementos da liga

• A liga eutética se comporta como um metal puro na solidificação e na fusão, ou seja apresenta patamar de solidificação

[pic 13]

        Figura 23 EXEMPLO DE SOLDA  ESTANHO

2.12.Características dos sistemas eutéticos

•  Esses diagramas tem pelo menos 3 regiões monofásicas α, β, e liquida.A fase α consiste em uma solução sólida rica em Cu sendo a Ag o soluto.  A solução sólida β é rica em prata sendo o Cu o soluto. Os dois elementos são C.F.C. então tanto  α como β também serão C.F.C. Nessas soluções a estrutura cristalina será a do elemento majoritário.
• A linha solvus CB marca o limite de solubilidade da Ag no Cu sendo que a linha solvus GH indica a solubilidade do Cu na Ag.
• As linhas sólidus indicam a temperatura para cada composição onde não há mais líquido presente
• As linhas liquidus indicam as temperaturas onde não há mais sólidos presentes
• Nesse sistema pode-se ver 3 regiões bifásicas.

2.13.Desenvolvimento das microestruturas em ligas do sistema eutético Pb - Sn sujeitas a resfriamentos lentos

                                                          [pic 14][pic 15]

 2.14.Diagrama de Equilíbrio Fe-C

[pic 16]Várias amostras de materiais, a maioria embutidas em baquelite, foram analisadas através de microscópios óticos, e para cada amostra analisada fez-se um croqui das microestruturas. As amostras 1, 2 e 3, são aços hipoeutetóides, observadas com vários aumentos, onde com um aumento de 1000x pôde-se observar as fases perlita e ferrita, sendo que a fase perlita era notada se formando nos contornos de grão. Então, analisou-se a Amostra 4, um aço eutetóide, e novamente com um aumento de 1000x constata-se desta vez que somente se encontrava a fase perlita. A Amostra 5, um aço hipereutetóide, foi analisada logo após da mesma forma e notou-se duas fases, a perlita e a cementita. Em seguida, a Amostra 6, um aço temperado, observou-se apenas a fase martensita. Na Aamostra 10, um ferro fundido cinzento, pode-se observar as fases perlita, ferrita e grafita. Na seqüencia analisou-se a Amostra 13, um ferro fundido nodular que apresentava as fases ferrita, perlita e nódulos de grafita. A próxima amostra analisada foi uma placa de alumínio fundido, onde se pode notar as dendritas, estrutura comum em peças brutas de fundição.