Dia Conteúdo - engmecunip2016.files.wordpress.com · - Ligação química, estrutura cristalinas. Sistemas cristalinos, fator de empacotamento atômico, imperfeições estruturas

Aula 4

29/04/2015 1 2015-

1_CM_Aula04_DiagramaFase.pdf

1

Professor: Luis Gustavo Sigward Ericsson

Curso: Engenharia Mecânica

Série: 5º/ 6º Semestre

443X - CIENCIA DOS MATERIAIS

Quinta

Quinzenal Semana par

Conteúdo

10/fev

10/fev

24/fev

24/fev

10/mar

10/mar

24/mar --

24/mar --

07/abr

07/abr

21/abr --

21/abr --

05/mai

05/mai

12/mai --

12/mai --

- Curva temperatura-tempo-transformação, fatores que influem na pos ição das curvas

TTT. Temperabi l idade.

- Noções de tratamentos térmicos : recozimento, normal ização, têmpera e revenido,

es feroidização, temperabi l idade, austempera e martempera. Têmpera superficia l .

Tratamentos termoquímicos : cementação, ni tretação e carbonitretação.

Feriado: Ti radentes

- Propriedades dos aços , normas ABTN, ASTM E DIN, class i ficação dos aços .

- Ferros fundidos – branco, cinzento, nodular, maleável .

- Metais não ferrosos e suas l igas . Cobre, bronze e latão. Alumínio e suas l igas .

Provável NP2

1a aula

2a aula

3a aula

4a aula

5a aula

Dia - Apresentação do curso

- Caracterís ticas gera is exigidas nos materia is de engenharia . Comparação entre

materia is metál icos , pol iméricos e cerâmicos

- Ligação química, estrutura cris ta l inas . Sis temas cris ta l inos , fator de empacotamento

atômico, imperfeições estruturas e movimentos atômicos .

- Propriedades mecânicas dos metais . Deformação elástica . Deformação plástica

- Ruptura dos metais , fratura frági l , fratura dúcti l , fadiga, fluência .

- Diagrama de equi l íbrio binário, reações eutética e eutetóide, lei Gibbs .

- Diagrama de equi l íbrio Fe-C, estruturas que se formam no resfriamento lento de aços

hipoeutetóides , eutetóides e hipereutetóides .

Provável NP1

4a aula Diagramas de Fase ou

Diagramas de Equilíbrio

Aula 4

29/04/2015 2 2015-1_CM_Aula04_DiagramaFase.pdf

Motivação para estudar Diagrama de Fases

Os diagramas de fases (ou diagrama de

equilíbrio) relacionam temperatura,

composição química e quantidade das

fases em equilíbrio.

– Um diagrama de fases é um “mapa”

que mostra quais fases são as mais

estáveis nas diferentes composições,

temperaturas e pressões.

• A microestrutura dos materiais pode

ser relacionada diretamente com o

diagrama de fases.

• Existe uma relação direta entre as

propriedades dos materiais e as suas

microestruturas.

Aula 4

Curva de solubilidade de açúcar em água

em função da temperatura.


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.

A 60º.C é possível dissolver

70 g de açúcar em 30 g de

água.

Acima dessa quantidade o

açúcar precipita.

Aula 4

Curva de solubilidade de açúcar em água em função da

temperatura.


Fases

FASE é uma porção homogênea de um

sistema que tem características físicas e

químicas uniformes.

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

Todo metal puro é uma considerado

uma fase.

Ex:

Balde com água e gelo – 2 fases

- Fisicamente diferentes

- Quimicamente idênticos

Aula 4


Fases em Equilíbrio

Fases de equilíbrio:

Suas propriedades ou características

não mudam com o tempo.

Fases metaestáveis:

Suas propriedades ou características

mudam lentamente com o tempo, ou

seja, o estado de equilíbrio não é

nunca alcançado.

Aula 4


Interpretação do Diagrama de Fases

Fases presentes

Localiza-se a temperatura e composição

desejada e verifica-se o número de fases

presentes

Composição química das fases

•Para um sistema monofásico a

composição é a mesma da liga

•Para um sistema bifásico usa-se o método

da linha de conexão (isoterma)

Percentagem das fases

• Ou quantidades relativas das fases

• Faz-se uso da “regra da alavanca

Diagrama de fase do sistema níquel-cobre

Aula 4


Regra da Alavanca

• Composição das fases

• Porcentagem das fases

Fase líquida Fase sólida

Comp. Liq= 31,4% Ni e 68,9%Cu

Comp. Sol. = 42,5,4 %Ni e %57,5Cu Fase líquida (CL) - 31.5 wt%Ni – 68.5 wt%Cu

Fase sólida (Ca) - 42.5 wt%Ni – 57.5 wt%Cu.

Aula 4


Desenvolvimento da Microestrutura

Representação do desenvolvimento de

microestrutura durante a solidificação de uma

liga com 35% de Ni e 65% de Cu

Ponto Temp L a obs:

a 1300 L(35Ni) - Somente fase líquida

b 1260 L(35Ni) a(46Ni)- Primeiros sólidos a.

- Composição das duas fases é dada pela linha de conexão.

c 1250 L(32Ni) a(43Ni) - Composição das duas fases é dada pela linha de conexão.

d 1220 L(24Ni) a(35Ni) - Processo de solidificação virtualmente completo

e 1180 - a(35Ni) - Líquido resmanescente se solificará

Resfriamento lento

Condição em equilíbrio

Aula 4



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.

A solidificação fora do equilíbrio

provoca a segregação (a distribuição

dos 2 elementos no grão não é

uniforme).

Aula 4



Representação do desenvolvimento de microestrutura durante

a solidificação de uma liga com 35% de Ni e 65% de Cu

Resfriamento RÁPIDO

Condição fora do equilíbrio

Ponto Temp L a aMédio obs:

a' 1300 L(35Ni) - - Somente fase líquida

b' 1260 L(35Ni) a(46Ni) - - Primeiros sólidos a.

c' 1240 L(29Ni) a(40Ni) a(42Ni)

- Difusão é lenta. Ainda existe fase a de b'

- a(40Ni) ficou na região periférica. Considerou-se

a(42Ni) como a concentracão média do grão.

- Considerando a regra da alavanca, existe uma

proporcão maior de liquido na condicão sem equilibrio

do que na com equilibrio. Desse modo a linha solidus

(tracejada) é descolada para a direita.

d' 1220 L(24Ni) a(35Ni) a(38Ni)- Em condicão do não equilibrio, essa uma parte

consideravel de liquido.

e' 1205 L(21Ni) a(31Ni) a(35Ni) - Solidificão em não equilibrio finaliza.

f' 1180 - a(35Ni) - - Mostra a estrutura do material solido.

Aula 4


Reação Eutética

Líquido a +

A solidificação se processa como em

um metal puro, no entanto o produto

apresenta 2 fases sólidas distintas.

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Reação Eutetóide

a +

Uma fase sólida transforma-se em

duas outras fases sólidas.

Eutetóide

Aula 4


Sistema Ferro – Carbono

Aula 4


Ferro Puro

Ferro a = Ferrita

Ferro = Austenita

Ferro = Ferrita

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Diagrama Fe – Fe3C

L+Fe3C

EUTÉTICA

L +Fe3C

PERITÉTICA

+L

+L

+L

EUTETÓIDE

a+Fe3C

AÇO FOFO

Aula 4


A austenita se transforma em perlita a uma temperatura de 727

ºC e concentração de 0,76% de carbono.

A perlita é uma estrutura lamelar constituída de lamelas de

ferrita e cementita.

Aços Carbono Eutetóides

Fotomicrografia de um aço eutetóide mostrando a microestrutura de perlita consistindo de camadas alternadas de ferrita a (a fase clara) e de Fe3C (camadas finas, em sua maioria com aparência escura). 500x

Aula 4


Aços Carbono Hipoeutetóides

A austenita se transforma em ferrita e perlita para

concentrações de carbono menores que 0,76% .

As quantidades de ferrita e perlita variam conforme a % de

carbono e podem ser determinadas pela regra da alavanca

Partes claras ferrita pró eutetóide

Aula 4


Aços Carbono Hipereutetóides

A austenita se transforma em perlita e cementita para

concentrações de carbono maiores que 0,76% .

As quantidades de cementita e perlita variam conforme a % de

carbono e podem ser determinadas pela regra da alavanca.

Partes claras cementita pró eutetóide

Aula 4


Exercícios

1

Aula 4


Exercícios

2

3

Aula 4


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