MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO MECANICA

1.1 Objetivos

1.2

1.3

1.4

1.5

O objetivo principal deste trabalho é aprimorar os conhecimentos a respeito dos diagramas de fase e, para que isso seja possível, avaliar a sua importância e os resultados que podem ser obtidos através de sua análise, bem como sua classificação.

2 Embasamento Teórico

2.1 Utilidade dos diagramas de fase

Os diagramas de fases são representações gráficas das fases presentes em um sistema em função de condições de temperatura pressão e composição. A maioria dos diagramas de fases é obtida em situação de equilíbrio e são utilizados para prever e entender o comportamento dos materiais. Dentre as informações obtidas no diagrama de fases pode-se destacar:

⎫Temperatura de fusão

⎫Fases presentes em função da temperatura, pressão e composição

⎫Composição química das fases

⎫Proporção das fases

⎫Limite de Solubilidade

⎫Distribuição de fases

O perfeito conhecimento dos diagramas de equilíbrio é de vital importância, por proporcionar conhecimentos de várias transformações e noções sobre as propriedades. O diagrama fornece informações de qualquer liga, tais como início e fim de solidificação ou fusão, fases em equilíbrio a determinadas temperaturas, composição química destas fases, variação das quantidades relativas das fases com a temperatura, constituintes, etc. É, portanto, um resumo dos históricos térmicos de todas as ligas dos mesmos componentes.

2.2 Como construir um diagrama de fase

A construção dos diagramas consiste, simplesmente, em determinar pontos críticos das varias ligas dos mesmos componentes, localizá-los num único gráfico, e uni-los adequadamente por linhas. O gráfico resultante sintetiza o comportamento térmico no resfriamento ou aquecimento lento de qualquer liga e é conhecido como diagrama de equilíbrio físico-químico, térmico, constitucional ou de fases. É comumente referido simplesmente como diagrama de equilíbrio.

Os diagramas de equilíbrio se classificam em unários (de um componente) binários e de ordem superior (ternários, quaternários, etc.). Dentre os vários tipos, os diagramas binários são os mais usados e, freqüentemente, são subdivididos em várias classes, de acordo com a transformação invariante de fase que contenham.

2.3 Regra das fases de Gibbs

A regra das fases de Gibbs define os graus de liberdade que possui um sistema dependendo do tipo de variáveis que consideramos. Além disso, estabelece relações entre o número de fases, componentes, fatores internos e externos do sistema em equilíbrio e permite comprovar se o traçado dos diagramas de equilíbrio está bem feito. É válida somente para sistema simples, sem reação química. Não proíbe a variação de mais propriedades do que o número de grau de liberdade para um sistema em equilíbrio. Entretanto, isso irá resultar em uma mudança no número de fases em coexistência.

O sistema é o conjunto de fases em equilíbrio no qual pode ser: simples (Pb ou Sb puros, separados); complexo (liga Pb + Sb).

A) Homogêneo: (Pb + Sb, líquidos).

B) Heterogêneo (Pb e Sb, no estado sólido).

A regra é expressa pela equação:

F = C - P + 2 (1)

Onde:

F = número de graus de liberdade. Este é número de fatores de equilíbrio, que podem variar dentro de determinados limites sem mudar o número de fases. Os fatores podem ser interior (concentração de componentes nas fases) e exteriores (temperatura e pressão).

C = número de componentes, parte independente integrante do sistema, em forma de elemento ou composto químico, por exemplo: PB e Sb; Fe e Fe3C.

P = número de fases presentes, parte homogênea do sistema, separada das outras partes (em sistemas complexos) por uma superfície de separação (interface). As fases podem ser sólidas, líquidas ou gasosas. Em ligas as fases são constituídas por componentes puros, soluções sólidas ou líquidas, além de compostos químicos.

2 = é o número de variáveis de estado do sistema (temperatura e pressão)

Quando se trata de ligas metálicas, se exclui a pressão por essa ter efeito depreciável e, então, resta só um fator externo, a temperatura. A regra das fases, para ligas metálicas, fica estabelecida para esses propósitos como:

F = C– P + 1

Como o valor de F não pode ser negativo, convém que o número de fases se determina por P = C + 1, ou seja, em um sistema binário (K = 2 componentes) o número de fases não pode ser maior do que três.

Exemplo:

Considerando uma substância pura (C = 1) no equilíbrio líquido-vapor (P = 2). Pela regra das fases de Gibbs, ou seja, pela equação 1. tem-se que:

F = 1 - 2 + 2 = 1

ou seja, existe a possibilidade de variar somente 1 grau de liberdade. Mas, se tanto a pressão quanto a temperatura forem alteradas arbitrariamente, ou seja F = 2, C não poderá ser alterado e, assim, P deverá acomodar-se de modo que a regra seja obedecida, ou:

2 = 1 - P + 2 ou P = 1

Desse modo, haverá somente uma fase: ou a fase vapor ou a fase líquida - uma delas irá desaparecer para que seja atingido um novo estado de equilíbrio.

Para uma fase, existem 2 graus de liberdade. Assim, a pressão e a temperatura podem ser variadas sem a criação de uma nova fase. Para duas fases em equilíbrio, somente uma das duas variáveis poderá variar (ou a pressão ou a temperatura), a outra será uma variável dependente (veja o caso da pressão de vapor em função da temperatura). Se coexistirem as fases sólida, líquida