Diagrama energia livre

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1 Diagrama energia livre
TMA 01 Diagrama energia livre Define composições em que as fases ou misturas de fases são mais estáveis Deve-se obter uma curva para cada temperatura Linha pontilhada : considera a existência de A e B separadamente – condição de imiscibilidade Linha contínua: corresponde à formação de solução

2 Construção do diagrama
TMA 02 Construção do diagrama Microscopia : permite a identificação das fases determinar as temperaturas limites de transformação Difração de raios-X: Análise térmica: método elementar por resfriamento em câmara com atmosfera controlada. material contido em cadinho isolado medida da temperatura utilizando termopar -Análise dilatométrica: Pode se medir outras propriedades : Elétricas ( determinar limite de solução sólida); -Medidas de energia livre

3 TMA 03 Temperatura Tempo 2000 2900 2800 2500 2100 2200 2300 2400 2600 2700 1900 A B C D A B C D A B C D A B C

4 Sistema de dois componentes
TMA 04 Sistema de dois componentes Temperatura – Pressão - Composição

5 Sistema de dois componentes - condensado
TMA 05 Sistema de dois componentes - condensado Temperatura - Composição Temperatura Composição Pressão = 1 atm Líquido A B A + B

6 Sistema de dois componentes - condensado
TMA 06 Sistema de dois componentes - condensado Sistema de dois componentes Sem solução

7 TMA Miscibilidade total T1
07 Miscibilidade total O termo associado a calor (entalpia) tem menor influência, sendo a força motriz o aumento de entropia (componente –ST) Ligas ( misturas) que seguem a lei de Hume-Rothery formam solução sólida total A B Líquido Sólido Líquidus Sólidus F T1 T2 T3 T4 T5 Líquido Sólido F T1 A B

8 TMA 08 Miscibilidade total

9 TMA Miscibilidade total T2 T3 09 F A B A B F T1 T2 T3 T4 T5 F A B
Líquido Sólido A B Líquido Sólido Líquidus Sólidus F T1 T2 T3 T4 T5 F T3 A B Líquido Sólido

10 TMA Miscibilidade total T4 T5 10 F A B A B F T1 T2 T3 T4 T5 F A B
Sólido F T4 A B Líquido A B Líquido Sólido Líquidus Sólidus F T1 T2 T3 T4 T5 F T5 A B Líquido Sólido

11 TMA Miscibilidade total Ni Cu Solução - Líquido Ni Cu Solução Sólida
11 Miscibilidade total Ni Cu Solução - Líquido Ni Cu Solução Sólida

12 Sistema de dois componentes
TMA 12 Sistema de dois componentes Solução sólida total – solução líquida total Sistema Isomórfico: é aquele onde os componentes são solúveis em todas as proporções e em todos os estados, sólido, líquido e gás A linha que divide as regiões de equilíbrio de L e L+ é dita Linha líquidus a linha que divide as regiões de equilíbrio L+ e  é dita Linha solidus. A linha líquidus define a composição da fase líquida para qualquer temperatura enquanto a linha sólidus define a composição da fase sólida.

13 TMA 13 Sistema Cu-Ni

14 Sistema de dois componentes
TMA 14 Sistema de dois componentes Solução sólida total – solução líquida total Sistema Isomórfico: é aquele onde os componentes são solúveis em todas as proporções e em todos os estados, sólido, líquido e gás No estado sólido podemos ter solução sólida substitucional e solução sólida intersticial Substitucional – O soluto ocupa posições na estrutura cristalina, em sustitução a um dos átomos do solvente. Intersticial – o soluto entra em um dos espaços vazios (vacâncias) entre os átomos da estrutura cristalina do solvente. Estrutura cristalina: Ambos, soluto e solvente devem ter mesma estrutura cristalina para que a substituição possa ocorrer progressivamente, sem que ocorra mudança de fase.

15 TMA Aplicação da regra de Gibbs:
15 Aplicação da regra de Gibbs: Aplicação da regra da alavanca – definição da Tie-line ou linha conjugada: Na Composição 1 % em peso de Cu e % em peso de Ni % atômica de Cu e % atômica de Ni a 1500 C , quantas fases estão em equilíbrio e qual o grau de liberdade. A 1500 C, qual a composição das fases presentes A 2300 F, quantas fases estão em equilibrio e qual o grau de liberdade. A 2300 F, qual a composição das fases presentes A 2300 F, qual a porcentagem em peso de cada fase presente A 1050 C, quantas fases estão em equilíbrio e qual o grau de liberdade. A 1050 C, qual a composição das fases presentes

16 TMA Regra da Alavanca Co- Cl Cl- Ce Co- Ce Cl Ce Co Amostra
16 Regra da Alavanca Co- Cl Cl- Ce Co- Ce Cl Ce Co Amostra Composição da fase A Composição da fase B

17 Sistema de dois componentes
TMA 17 Sistema de dois componentes Solução sólida total – solução líquida total

18 Resfriamento lento - Equilíbrio
TMA 18 Resfriamento lento - Equilíbrio Quando existem duas fases em equilíbrio estas são ditas fases conjugadas e a linha isotérmica que as une é conhecida como linha conjugada.

19 TMA 19

20 Resfriamento rápido – Fora do equilíbrio
TMA 20 Resfriamento rápido – Fora do equilíbrio Tratamento térmico de homogeneização: O gradiente de concentração gerado durante o resfriamento pode ser eliminado através de um tratamento térmico, realizado em temperatura abaixo da temperatura da linha sólidus (levando-se em consideração os possíveis deslocamento), por período de tempo adequado a permitir o processo de difusão e homogeneização da composição do sólido.

21 Resfriamento rápido – Fora do equilíbrio
TMA 21 Resfriamento rápido – Fora do equilíbrio Consequências do resfriamento fora do equilíbrio: Aumenta o intervalo de temperatura em que líquido e sólido coexistem Gera gradiente de composição na liga (solução sólida) produzida Quanto menor a taxa de aquecimento menor o intervalo de temperatura de equilíbrio sólido – liquido Quanto maior a taxa de difusão do material, menor o efeito de gradiente de composição A microestrutura resultante é formada por grãos onde a temperatura de fusão no centro do grão é maior que a temperatura de fusão no contorno de grão

22 Resfriamento rápido – Fora do equilíbrio
TMA 22 Resfriamento rápido – Fora do equilíbrio Liga Al-Cu (4%)

23 Exemplo – Produção de Jóias
TMA 23 Exemplo – Produção de Jóias

24 Ponto de fusão congruente
TMA 24 Ponto de fusão congruente L  L + A B Temperatura Em alguns casos as curvas líquidus e sólidus apresentam ponto de máximo ou mínimo. Neste ponto as linhas líquidus e sólidus devem se encontrar e estes pontos são definidos como Pontos de fusão congruente de ligas Sistemas Isomórficos: Ag-Pd, Bi-Sb, Co-Ti, Mo-Ta, Mo-Ti, Mo-V, Mo-W, Hf-Zr Sistemas Isomórficos com ponto de mínimo: Cb-Hf, Cb-V, Co-Pd, Co-Pt, Au-Cu, Au-Ni, Cs-K, Cr-Mo, Ti-V, Cr-Mo, Ti-Zr, K-Rb, Ni-Pd, Cr-V Sistemas Isomórficos com ponto de máximo: em metais são desconhecidos, sendo possíveis em não metálicos

25 Sistema de dois componentes - condensado
TMA 25 Sistema de dois componentes - condensado Sistema de dois componentes Solução sólida parcial – solução líquida total

26 Exemplo – Produção de Jóias
TMA 25a Exemplo – Produção de Jóias Transformações de ordem desordem

27 Exemplo – Produção de Jóias
TMA 25b Exemplo – Produção de Jóias Sistema de dois componentes Com Solução solida total em um intervalo de temperatura e Gap de miscibilidade Ouro branco – Niquel / Prata e Paladio

28 Sistema de dois componentes - condensado
TMA 26 Sistema de dois componentes - condensado Sistema de dois componentes Solução sólida parcial – solução líquida total T1 Reação invariante - eutética L  

29 Sistema de dois componentes - condensado
TMA 27 Sistema de dois componentes - condensado Sistema de dois componentes Solução sólida parcial – casos extremos

30 Sistema de dois componentes - condensado
TMA 28 Sistema de dois componentes - condensado Sistema de dois componentes Solução sólida parcial – casos extremos