DIAGRAMAS DE EQUILIBRIOConceitos Gerais

Diagrama de fases da água

Diagrama de Fases da água pura. Pressão no eixo Y (escala lograritmica)Temperatura no eixo XRepresenta um mapa que mostra as regioes que delimitam a existenciade solido, liquido e vapor.As curvas representam as fronteiras entre as fases

As tres fases estãorepresentadas na imagem aolado

FASES1) H2O - Sólido (gelo)2) H2O - Líquido ( água)3) H2O - Vapor(gas)

Composição é a mesma, muda a estrutura

Conceito de fases em sólidos - aço

FERRITA PROEUTETÓIDE

PERLITA

FERRITA CEMENTITA (Fe3C)

Ferro puro funde a 1538º.C – aço acima desta temperatura será líquido a Pressão atmControlando Pressão e temperatura posso ter ferro e aço no estado vapor.E no estado sólido FASES no estado Sólido

1) Ferrita – Fe com C em SS2) Cementita – Fe3C

Perlita é uma intercalação de duas fases

Uma das razões pelas quais o conhecimento e a compreensão dos diagramas de fases éimportante para o engenheiro está relacionado ao projeto e controle dos procedimentosdos tratamentos térmicos. Algumas das propriedades dos materiais são funções de suasmicroestruturas e, consequentemente de suas histórias térmicas.

O QUE É? Os diagramas de fases (também chamados de diagrama de

equilíbrio) relacionam temperatura, composição química e quantidade

das fases em equilíbrio.

é um “mapa” que mostra quais fases são as mais estáveis nas diferentes

composições, temperaturas e pressões.

QUE VANTAGENS TRAZ?

• 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.COMO ESTUDAR ?

(a) Conhecer a terminologia envolvida

(b) Aprender a interpretar o diagrama

(c) Estudar alguns diagramas

(d) Correlacionar os diagramas com microestruturas

Voltando ao diagrama da água

Diagrama Ferro

Carbono

Diamante:

-Elevado índice de refração

-Alta capacidade de dispersão

-Alta dureza

-Maior condutividade térmica a temperatura

ambiente

-Excelente isolante elétrico

-Transparente ao ultravioleta, infravermelho,

raios-x e luz visível

-Módulo de elasticidade muitlo alto

-Baixo coeficiente de expansão térmica

a) diamond; b)graphite; c) lonsdaleite; d–f) fullerenes (C60, C540, C70); g) amorphous carbon; h) carbon nanotube.

Diagrama de Dois Componentes

Definição de fase – Diagrama de equilíbrio

• Fase:

– Uma parte estruturalmente homogênea do sistema, que possui

propriedades físicas e químicas características.

Ex: Mistura água/gelo - duas fases

Quimicamente idênticas - H2O

Fisicamente distintas - líquida/sólida

Ex: Mistura água/açúcar com açúcar

precipitado - duas

Quimicamente distintas - solução H2O/açúcar

e açúcar puro

Fisicamente distintas - solução em fase

líquida e fase sólida

Microestruturas x Fases

Diagrama Chumbo - Estanho

• Componentes:

• Sistema:

• Fase:

SOLUBILIDADE

LIMITE DE SOLUBILIDADECorresponde a concentração máxima que se pode atingir de um soluto dentro de um solvente.

O limite de solubilidade depende da temperatura. Em geral, cresce com a temperatura.

Capacidade de dissolução de um componente em outro

Limite de solubilidade

Solução Liquida (Xarope) Solução

Liquida

+

Açucar

sólido

Composição %peso

Te

mp

era

tura

(oC

)

Te

mp

era

tura

(oF

)

Açucar

Água

SOLUBILIDADE

O que define a solubilidade

Solução em cobre

NiCu

Solução - Líquido

Ni

Cu

Solução Sólida

Em termos “macroscópicos”

– Um sistema está em equilíbrio quando suas características não mudam

com o tempo, e tende a permanecer nas condições em que se encontra

indefinidamente, a não ser que seja perturbado externamente.

• Em termos termodinâmicos

– Um sistema está em equilíbrio quando sua energia livre é mínima,

consideradas as condições de temperatura, pressão e composição em

que ele se encontra.

– Variações dessas condições resultam numa alteração da energia livre, e

o sistema pode espontaneamente se alterar para um outro estado de

equilíbrio (no qual a energia livre seja mínima para as novas condições de

temperatura, pressão e composição).

Define o conceito de Metaestável

EQUILÍBRIO

Diagrama de fases em condições de equilíbrio

sistema isomórfico

Num sistema binário isomorfo, os dois componentes

são completamente solúveis um no outro.

• A leitura de diagramas isomorfos é feita primeiramente

definindo o par composição-temperatura desejado. Esse

par define um ponto no diagrama.

• Se o ponto desejado estiver num campo onde somente

existe uma fase, a

composição já está definida, e a fase é a indicada no

campo do diagrama.

• Se o ponto estiver numa região onde existem duas fases

em equilíbrio, a

determinação da composição das fases presentes é

possível traçando-se um

segmento de reta horizontal que passa pelo ponto e

atinge as duas linhas que

delimitam o campo de duas fases (linhas liquidus e

solidus). As composições das fases líquida e sólida são

dadas pelas intersecções deste segmento de reta e as

respectivas linhas de contorno.

COMO CONSTRUIR O DIAGRAMA

COMO ENTENDER O DIAGRAMA

NiCu

Solução - Líquido

Solução Sólida

Ni

Cu

O DIAGRAMA EM NÚMEROS

Regra da Alavanca

Composição

da fase LComposição

da fase

R S

O EQUILÍBRIO FORA DO EQUILÍBRIO

FORA DO EQUILÍBRIO

Sistema Isomórfico

Propriedades mecânicas

Sistema de dois componentes

Com Solução solida total em um intervalo de temperatura e Gap de miscibilidade

Ouro branco – Niquel / Prata e Paladio

Sistema de dois componentes

Solução sólida parcial – solução líquida total

Reação invariante - eutética

L

L

Composição Eutética

Composição Hipoeutética

7 97,816 45

Composição sem reação Eutética

Microestrutura

Eutético : ponto onde o equilíbrio é invariante, portanto o equilíbrio entre

três fases ocorre a uma determinada temperatura e as composições

das três fases são fixas.