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Aula 10 - FASES, Notas de aula de Engenharia de Produção

Universidade Estadual do Ceará (UECE)Engenharia de Produção

Aula 10 - FASES

Tipologia: Notas de aula

2013

Compartilhado em 23/06/2013

gedeon-pereira-7
gedeon-pereira-7 🇧🇷

4.4

(108)

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bg1
03/05/2013
1
Diagrama de Fases
Prof.: Cláudio Magela Soares
Introdução
•Importância:
–Existe uma forte correlação entre a microestrutura
e as propriedades mecânicas,
–O desenvolvimento da microestrutura de uma liga
está relacionada às características do seu
diagrama de fases.
Conceitos básicos
•Diagrama de fases: Um gráfico que mostra a
estrutura de um material que possui dois ou
mais componentes em função da temperatura
e quantidade de componentes (composição)
•Componentes: São os metais puros ou
compostos que compõe uma liga
–Ex. Latão – Componentes : Cu e Zn
•Solvente: O material em maior quantidade
(matriz)
•Soluto: O material em menor quantidade (irá se
“dissolver” no solvente)
•Fase: É uma porção homogênea do material que
tem propriedades físicas e químicas uniformes
•Todo material puro é considerado como uma fase
•Toda solução sólida, líquida ou gasosa também é
uma fase
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Diagrama de Fases

Prof.: Cláudio Magela Soares

Introdução

• Importância:

  • Existe uma forte correlação entre a microestrutura

e as propriedades mecânicas,

  • O desenvolvimento da microestrutura de uma liga

está relacionada às características do seu

diagrama de fases.

Conceitos básicos

• Diagrama de fases: Um gráfico que mostra a

estrutura de um material que possui dois ou

mais componentes em função da temperatura

e quantidade de componentes (composição)

• Componentes: São os metais puros ou

compostos que compõe uma liga

  • Ex. Latão – Componentes : Cu e Zn

• Solvente: O material em maior quantidade

(matriz)

• Soluto: O material em menor quantidade (irá se

“dissolver” no solvente)

• Fase: É uma porção homogênea do material que

tem propriedades físicas e químicas uniformes

• Todo material puro é considerado como uma fase

• Toda solução sólida, líquida ou gasosa também é

uma fase

• Sistema: série de ligas possíveis compostas

pelos mesmo componentes (não levando em

conta a composição da liga). Ex: Sistema Fe-C

• Solução sólida: Átomos de pelo menos dois

tipos diferentes (elementos diferentes)

Limite de Solubilidade:

  • Para muitos sistemas de ligas, existe uma dada temperatura que existe uma concentração máxima de soluto que pode se dissolver no solvente para formar uma solução sólida. É o chamado LIMITE DE SOLUBILIDADE.
  • A adição de soluto a partir deste ponto resulta na formação na formação de OUTRA SOLUÇÃO SÓLIDA, ou seja, uma heterogeneidade no material com outras características e propriedades. Ex. Água + Açúcar
  • Adição excessiva de açúcar resultará em: Solução líquida de açúcar-água e cristais sólidos de açúcar que não foram dissolvidos.

O limite de solubilidade depende da temperatura Exercício

1) Considerar o diagrama de fases açúcar-água

que foi mostrado:

a) Qual é a quantidade de açúcar que será dissolvida

em 1.000g de água a 80°C (176°F)?

Resfriamento em Condições de Equilíbrio Resfriamento Fora das Condições de Equilibrio  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). Propriedades Mecânicas de Ligas Isomorfas

Sistemas Eutéticos Binário

Diagrama de Fases Binários

Sistemas Eutéticos Binário

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

HIPOEUTÉTICO E HIPEREUTÉTICO

• HIPOEUTÉTICO COMPOSIÇÃO

MENOR QUE O EUTÉTICO

• HIPEREUTÉTICO COMPOSIÇÃO MAIOR

QUE O EUTÉTICO

Sistema Fe-C ou Fe-Fe 3 C e microestruturas que se formam no resfriamento lento^ +Fe 3 C +l l+Fe 3 C CCC +Fe 3 C CFC CCC +  +l As fasesAs fases ,,  ee  são soluções sólidassão soluções sólidas com Carbono intersticialcom Carbono intersticial FERRO PUROFERRO PURO

 FERROFERRO  = FERRITA= FERRITA

 FERROFERRO  = AUSTENITA= AUSTENITA

 FERROFERRO  = FERRITA= FERRITA 

 TF= 1534TF= 1534 CC

 Nas ligas ferrosas as fasesNas ligas ferrosas as fases ,,  ee  FORMAMFORMAM

soluções sólidas com Carbono intersticialsoluções sólidas com Carbono intersticial

CARBONO

+l l+Fe 3 C +l PERITÉTICA +l   (^) EUTÉTICA l  +Fe 3 C EUTETÓIDE  +Fe 3 C AÇO FOFO

Ferro Puro /Formas AlotrópicasFerro Puro /Formas Alotrópicas

FERROFERRO  = FERRITA= FERRITA

 Estrutura= cccEstrutura= ccc  TemperaturaTemperatura “existência”= até 912“existência”= até 912 CC  Fase Magnética até 768Fase Magnética até 768 CC (temperatura de Curie)(temperatura de Curie)  SolubilidadeSolubilidade máxmáx dodo Carbono= 0,02% a 727Carbono= 0,02% a 727 CC FERROFERRO  = AUSTENITA= AUSTENITA  Estrutura=Estrutura= cfccfc (tem +(tem + posições intersticiais)posições intersticiais)  TemperaturaTemperatura “existência”= 912“existência”= 912 - - 13941394 CC  Fase NãoFase Não--MagnéticaMagnética  SolubilidadeSolubilidade máxmáx dodo Carbono= 2,14% aCarbono= 2,14% a 11481148 CC

Ferro Puro /Formas AlotrópicasFerro Puro /Formas Alotrópicas

FERRITA AUSTENITA

Ferro Puro /Formas AlotrópicasFerro Puro /Formas Alotrópicas

FERROFERRO  = FERRITA= FERRITA 

 Estrutura=Estrutura= cccccc

 Temperatura “existência”= acima de 1394Temperatura “existência”= acima de 1394CC

 Fase NãoFase Não--MagnéticaMagnética

 É a mesma que aÉ a mesma que a ferritaferrita 

 Como é estável somente a altas temperaturas nãoComo é estável somente a altas temperaturas não

apresenta interesse comercialapresenta interesse comercial

Sistema FeSistema Fe--FeFe 33 CC

 Ferro Puro=Ferro Puro= até 0,02% de Carbonoaté 0,02% de Carbono

 Aço=Aço= 0,02 até 2,06% de Carbono0,02 até 2,06% de Carbono

 Ferro Fundido=Ferro Fundido= 2,12,1--4,5% de Carbono4,5% de Carbono

 FeFe 33 C (CEMENTITA)=C (CEMENTITA)= FormaForma--se quando o limitese quando o limite

de solubilidade do carbono é ultrapassadode solubilidade do carbono é ultrapassado

(6,7% de C)(6,7% de C)

MICROESTRUTURAS / EUTETÓIDEMICROESTRUTURAS / EUTETÓIDE

MICROESTRUTURA DO AÇO EUTETÓIDEMICROESTRUTURA DO AÇO EUTETÓIDE

RESFRIADO LENTAMENTERESFRIADO LENTAMENTE

Somente Perlita

MICROESTRUTURA DOS AÇOS BAIXOMICROESTRUTURA DOS AÇOS BAIXO

TEOR DE CARBONOTEOR DE CARBONO

Ferrita Perlita

AÇO COM ~0,2%C

MICROESTRUTURAMICROESTRUTURA DOS AÇOS MÉDIO TEOR DEDOS AÇOS MÉDIO TEOR DE

CARBONO RESFRIADOS LENTAMENTECARBONO RESFRIADOS LENTAMENTE

Ferrita Perlita

AÇO COM ~0,45%C