SOLIDIFICAÇÃO DOS METAISDIAGRAMA DE FASESREGRA DA ALAVANCA

Prof. André Rezende

Introdução

Como é feito o aço???

Fundição

Propriedades

Conceito de Solidificação

Processo de transformação da fase liquida em fase sólida, que, de forma controlada.

Solidificação de alguns metais

Metal Temperatura de

solidificação (°C)

Pb 327

Al 660

Ag 962

Cu 1083

Ni 1453

Fe 1535

Pt 1772

Categorias dos Processos de Solidificação

• Fundidos

�Ligeiras operações de Usinagem

�Bolhas Gasosas e fissuras de contração

• Lingotes

�Posterior Conformação Mecânica

�Descontinuidades nos fundidos, podem ser eliminadas por tratamentos termomecânicos

�Inclusões e porosidades continuarão a exercer influencia nas propriedades.

(a) (b)

(a) Fabricação de um lingote (b) Estrutura Interna de um lingote

Nucleação

Modo pelo qual a fase sólida surge de forma estável no meio da fase liquida, sob a forma de pequenos núcleos cristalinos

Núcleos

Líquido

Cristais que formarão grãos

Contornos de grão

Grãos

Líquido

Representação Esquemática da formação de grãos

Processo de solidificação-Formação dos grãos

Representação Esquemática da formação de grãos

Crescimento Dentrítico – Modo pelo qual os núcleos crescem sob a forma de cristais ou grãos cristalinos.

Estrutura do Lingote Metálico Zona coquilhada

Zona Colunar

Zona Equiaxial

Fig 14 – Representação Esquemática da Estrutura de um lingote

Estrutura do Lingote Metálico

Zona Coquilhada

Adjacente a parede do molde

Super resfriamento (paredes do lingote)

grãos finos equiaxiais

Estrutura do Lingote Metálico

Zona Colunar

Região intermediaria

Grão se solidifica, libera calor, conduzido para fora

Grãos grandes, alongados (sentido longitudinal)

Estrutura do Lingote Metálico

Zona Equiaxial

interior do lingote

Resfriamento lento (aparecimento de vários núcleos)

Grãos maiores que a zona coquilhada

Estrutura Dendrítica

Núcleos de solidificação crescem pela solidificação de novas partículas sobre eles.

Crescem nas direções de máximos crescimentos, (eixos primários), e nestes surgem eixos secundários, terciários, etc.

DENTRITA

Representação Esquemática da formação das dentritas.

Contração

Segregação

• Solubilidade de impurezas

�metal liquido x metal solido;

• Macro Segregação x Micro Segregação

Rechupe

Componente

Formam uma liga

Metais puros e/ou compostos

Latão = cobre-zinco Aço = ??

Sistema

Soluto x Solvente

Pelo menos dois tipos diferentes de átomos

Substitucional ou Intersticial

Estrutura do solvente é mantida

Limite de SolubilidadeConcentração máxima de átomos de soluto que pode se dissolver no solvente para formar uma solução sólida

Fases

Porção homogênea

Sistema

Características físicas e químicas uniformes.

Fases

Exemplos de uma fase:

Material puro

Soluções solidas, liquidas e gasosas

Fases

Xarope açúcar

Xarope

Açúcar Sólido

Propriedades Diferentes

Fase Liquida

Fase Sólida

FasesMicroestrutura é caracterizada por:

Número de fases presentes Distribuição e arranjos

FasesA microestrutura de uma liga depende de variáveis tais como:

Elementos de liga e concentração Tratamento térmico

Equilíbrio de Fases

Constância nas características da fase de um sistema em relação ao tempo.

O equilíbrio de fases

Temperatura e as composições

Representam as relações entre:

Quantidades de cada fase

Diagramas de Fase em Condição de Equilíbrio

Diagramas de Fase em Condição de Equilíbrio

Diagramas de Fase em Condição de Equilíbrio

Sistemas Isomorfos Binários

Solução líquida homogênea

O líquido L

cobre e níquel

Sistemas Isomorfos Binários

solução sólida substitutiva

Fase a

Cobre e Níquel (CFC)

Sistemas Isomorfos Binários

O Cu e o Ni solúveis para toda e qualquer composição

Abaixo de 1080°C

Os dois são CFC

Raios e eletronegatividades praticamente idênticos

Valências semelhantes.

Sistemas Isomorfos Binários

O Cu e o Ni solúveis para toda e qualquer composição

Abaixo de 1080°C

Os dois são CFC

Raios e eletronegatividades praticamente idênticos

Valências semelhantes.

Isomorfo

Interpretação de diagrama de fases

Informações de um sistema binário com composição e temperatura

1. as fases que estão presentes,

2. as composições dessas fases

3. as porcentagens ou frações das fases.

Interpretação de diagrama de fases

Ponto A 60%p Ni-40%p Cu a 1100°C

Ponto B 35%p Ni-65%p Cu a 1250°C

Fases Presentes

Localizar o ponto temperatura-composição e observar com qual(is) fase(s) o campo de fases

Interpretação de diagrama de fases

Ponto A

Fases Presentes

região α

exclusivamente a fase α estará presente.

Interpretação de diagrama de fases

Ponto B

Fases Presentes

região α + L

Equilíbrio entre as fases

Interpretação de diagrama de fases

Linha de através da região bifásica àtemperatura da liga.

Determinação da Composição das fases

2. Anotam-se as interseções da linha de amarração com as fronteiras entre as fases em ambos os lados.

Interpretação de diagrama de fases

3. Traçam-se linhas perpendiculares à linha de amarração a partir dessas interseções até o eixo horizontal das composições, onde a composição em cada uma das respectivas fases pode ser lida.

Determinação da Composição das fases

Interpretação de diagrama de fases

Composição da fase liquida (CL):

31,5%p Ni-68,5%p Cu

Composição da fase Solida (Cα):

42,5%p Ni-57,5%p Cu

Determinação da Composição das fases

Interpretação de diagrama de fases

Determinação das Quantidades de Fases

1. A linha de amarração é construída através da região bifásica na temperatura da liga.

2. A composição global da liga é localizada sobre a linha de amarração.

3. A fração de uma fase é calculada tomando-se o comprimento da linha de amarração desde a composição global da liga até a fronteira entre fases com a outra fase e então dividindo-se esse valor pelo comprimento total da linha de amarração.

4. A fração da outra fase é determinada de maneira semelhante.

5. Se forem desejadas as porcentagens das fases, a fração de cada fase émultiplicada por 100.

Interpretação de diagrama de fases

Determinação das Quantidades de Fases

Ponto B 35%p Ni-65%p Cu a 1250°C

42,531,5

Diagrama Ag-Cu

AA

Diagrama Sn-Pb

A B