Ciencias Dos Materiais

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Ciência dos Materiais

Unidade III

Diagrama de equilíbrio binário, reação eutética e eutetoide. Lei de

Gibbs. Diagrama Fe‑C.

Os primeiros metais utilizados pelo homem eram aqueles encontrados in natura, destacando‑se

o ouro e o cobre. A partir da “época do Bronze”, começaram a ser utilizadas em larga escala as ligas

metálicas.

É fato aceito que o bronze foi descoberto acidentalmente por um caçador que inadvertidamente

fundiu, em sua fogueira de campo, uma mistura de cobre e estanho. Rapidamente foi descoberto que

este novo material podia ser mais duro e resistente que o cobre puro, sendo por isso de grande utilidade

em muitas aplicações.

Uma LIGA pode ser definida como um material sólido metálico ou um material líquido no qual há

uma associação íntima de dois ou mais elementos. Exemplo: o aço é constituído, basicamente, por ferro

e carbono.

ANALISANDO INICIALMENTE MISTURAS BINÁRIAS

O metal que está presente na liga em maior proporção é denominado “SOLVENTE” ou metal base.

Metal (ou não metal) que está presente na liga em menor proporção é denominado “SOLUTO”.

Quando a solução metálica líquida começa a se solidificar, o tipo de arranjo atômico que resulta na

estrutura cristalina do material sólido é governado pelas afinidades entre os diversos tipos de átomos

presentes na solução.

Assim, quando dois elementos metálicos diferentes têm propriedades químicas similares, de maneira

que tenham pouca afinidade química entre si, ocorre a formação de “SOLUÇÕES SÓLIDAS”.

Quando os elementos diferem bastante com respeito às suas características químicas, os átomos serão

atraídos uns pelos outros, de tal forma que ocorre a produção de um composto químico frequentemente

denominado de “COMPOSTO INTERMETÁLICO”.

DIAGRAMAS DE EQUILÍBRIO

Fase: pode ser definida como um corpo homogêneo de matéria que existe segundo alguma forma

física definida. Exemplo: a água pode ocorrer em três fases – sólida, líquida e gasosa.

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Unidade III

Diagrama de equilíbrio ou diagrama de fases é uma representação gráfica das relações entre

as restrições do ambiente (tais como a temperatura e, algumas vezes, a pressão) à composição e às

regiões de estabilidade de fases, normalmente sob condições de equilíbrio. As fases sólidas são, em geral,

representadas por letras gregas (αα, β, δ etc.).

Regra das fases: o Prof. Josiah Willard Gibbs desenvolveu uma regra geral para o equilíbrio das

fases. É a conhecida Regra das Fases ou Lei de Gibbs.

f + p = n + 1,

em que:

f é o numero de graus de liberdade, isto é numero de variáveis que podem ser mudadas e ainda

manter o equilíbrio;

p é o número de fases;

n é o número de componentes.

ALGUMAS REGRAS PARA INTERPRETAÇÃO DOS DIAGRAMAS DE EQUILÍBRIO

O metalurgista frances A. Portevin desenvolveu, a partir da regra das fases de Gibbs, uma série de

regras para interpretação geral dos diagramas de equilíbrio.

1. As áreas do diagrama são referidas como “campos de fases” e, ao atravessar qualquer linha

inclinada de contorno de um campo para o seguinte, sempre haverá uma mudança de unidade

no número de fases.

2. Num sistema binário não é possível a existência de um campo de fases com mais de duas fases.

3. Passando uma isoterma, verifica‑se que a composição de uma fase (fase líquida) é dada pelo

ponto que intercepta a isoterma com o líquido, enquanto que a composição da outra fase (fase

sólida) é dada pela intersecção da isoterma com o sólido. B representa a composição da liga como

um todo.

4. As quantidades relativas das duas fases presentes a temperatura e composição representadas pelo

ponto B são R e S.

Liquido

S

R S

=

+

Solido

R

R S

=

+

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5. Uma fase que, sozinha, não ocupa um campo, mas que aparece em campo de duas fases, é um

metal ou um composto intermetálico.

Reação eutética: é uma reação em que, considerando o resfriamento, uma fase líquida se transforma

de maneira isotérmica e reversível em duas fases sólidas que se encontram intimamente misturadas.

L → α + ββ

Reação eutetoide: é uma reação em que, considerando o resfriamento, uma fase sólida se transforma

de