Resfriamento de ligasisomorfas

Teoria Completa

Fala pessoal!!!! Tudo bem?

Nos tópicos anteriores aprendemos sobre diagrama de fases e regra da alavanca para ligas isomorfas. Estas ligas, como vimos, são soluções homogêneas, onde o soluto e o solvente são completamente solúveis entre si, isto é, forma uma solução como solubilidade completa em ambos os estados, líquido e sólido.

O diagrama que estudamos é para transformações que ocorrem com resfriamento muito lento de modo que o equilíbrio (termodinâmico) entre as fases seja mantido.

Mas afinal, por que o resfriamento, ou melhor, a taxa de resfriamento é tão importante para os materiais?

Antes de respondermos a essa pergunta vamos pensar um pouco!!!

Como é fabricada uma barra de aço?

Para fabricarmos uma barra de aço, por exemplo, precisamos utilizar alguns componentes presentes na natureza. No caso do aço, precisarmos colocar o minério ferro, o carvão (combustível) e o calcário (fundente - facilitar a reação) num alto forno, a fim de produzirmos o gusa, através de uma reação de redução do minério de ferro. O ferro gusa, formado no alto forno, é uma liga de ferro, carbono e outros elementos, que em seu estado líquido é colocado em recipientes, que sofrerá o resfriamento, formando os lingotes. Estes servirão como matérias primas para fabricação de nossas barras.

Note, então, que para produzirmos, por exemplo, o aço, precisamos fundir elementos e depois resfria-los. Por isso, é muito importante conhecermos como ocorre o resfriamento das ligas metálicas, uma vez que taxa de resfriamento diferente irá produzir microestruturas diferentes e, consequentemente, teremos propriedades diferentes!!!!

Vamos entender, primeiramente, como a microestrutura é formada a partir do resfriamento lento de uma liga isomorfa. Para isso iremos utilizar o diagrama de fases da liga cobre-níquel.

Suponha uma liga cobre-níquel composta de 35 % p   d e   N i e 65 % p   d e   C u e esteja a 1300 ° C , ponto a , portanto seu estado está totalmente líquido, sofrendo um resfriamento muuuuuuuito lento. Quando essa liga atingir a temperatura de ≈ 1260 ° C uma pequena fração de sólido α irá se formar, ponto b . Traçando uma linha de amarração no ponto b é possível determinarmos qual é a composição do nosso sólido α formado, ou seja, teremos frações de α com 46 % p   d e   N i . Note na figura abaixo essa fração formada.

Resfriando mais um pouco e atingindo o ponto b teremos uma fração maior de sólido α , que terá uma nova composição química, de acordo com a linha de amarração, de 43 % p   d e   N i . Observe que a composição química diminuiu de 46 % p   d e   N i para 43 % p   d e   N i , conforme figura abaixo. Essa diminuição ocorre devido à difusão (movimentação dos elementos) dos elementos.

Agora resfriando até chegar à linha solidus, ponto d , teremos uma fração maior ainda de sólido α , com 35 % p   d e   N i e uma pequena parcela de líquido. E resfriando mais um pouco, por exemplo, ponto e , teremos a formação completa do sólido α , que possui a composição global da liga (de 35 % p   d e   N i - 65 % p   d e   C u ).

Agora que entendemos o resfriamento em equilíbrio, ou seja, que ocorre muuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuito lentamente, vamos partir para a vida real, onde precisamos realizar nossas tarefas no menor tempo possível.

Na prática temos resfriamento rápido, isto é, fora do equilíbrio termodinâmico, logo não teremos tempo suficiente para que a difusão ocorra de maneira eficaz. Para entender melhor o resfriamento fora do equilíbrio vamos novamente retomar ao diagrama de fases cobre-níquel.

Imagine, novamente, que estamos resfriando nossa liga a partir do ponto a ' . Neste ponto, a liga está em seu estado líquido. Quando nossa liga atingir a temperatura de ≈ 1260 ° C uma pequena fração de sólido α irá se formar, ponto b ' , conforme vimos, também, no resfriamento em equilíbrio. Continuando o resfriamento até o ponto c ' , notaremos que não houve tempo suficiente para os elementos sofram completa difusão, assim teremos neste ponto núcleos de sólidos α com concentração de 46 % p   d e   N i na região central dos núcleos com uma variação da composição até atingir 4 0 % p   d e   N i na periferia, conforme figura abaixo.

Continuando o resfriamento e atingindo o ponto d ' , uma nova fração de sólido α se formará em volta dos sólidos anteriores com uma concentração, na periferia, de 35 % p   d e   N i . Observe que ainda temos, no ponto d ' , fração de liquido.

A solidificação no ponto d ' já deveria está praticamente concluída, mas ainda temos uma fração apreciável de líquido.

A solidificação fora do equilíbrio atinge seu final no ponto e ' . A composição dessa última parte é de 31 % p   d e   N i .

Note que o resfriamento fora do equilíbrio provoca um deslocamento da linha solidus para baixo, linha tracejada no diagrama. Assim, quando mais lento for o resfriamento menor será o deslocamento vertical da linha solidus, do mesmo modo quando maior for à taxa de resfriamento maior será o deslocamento vertical da linha solidus, conforme figura abaixo.

Algumas considerações importantes para resfriamento fora do equilíbrio:

  • A distribuição dos dois elementos não é uniforme ao longo do grão, esse fenômeno é conhecido como segregação;
  • A região central de cada grão é do elemento de maior ponto de fusão. Em nosso exemplo, o níquel possui maior ponto de fusão do que o cobre, logo a região central terá maior concentração de níquel do que na periferia do grão. O oposto ocorre com o elemento de menor ponto de fusão, que terá maior concentração na periferia do que no centro do grão;
  • Essa estrutura é conhecida como zonada;
  • A temperatura de fusão pode inicia-se abaixo da temperatura solidus de equilíbrio da liga;
  • Através do tratamento térmico de homogeneização, feito em uma temperatura abaixo do ponto solidus para a composição especifica da liga, podemos eliminar estas estruturas zonadas. Essa homogeneização ocorre pela difusão atômica que irá produzir grãos com composição homogênea.

Expandir

Exercício Resolvido #1

Elaboração própria

Sobre os resfriamentos de ligas isomorfas fora das condições de equilíbrio determine a opção correta.

  1. Em casos reais a solidificação ocorre em taxas de resfriamento lentas
  2. No resfriamento lento ocorre os reajustes de composição importante para o estado de equilíbrio.
  3. O resfriamento rápido favorece para o desenvolvimento de microestruturas diferentes no sólido.
MOSTRAR SOLUÇÃO COMPLETA

Passo 1

Em casos reais a solidificação ocorre em taxas de resfriamento rápidas

Passo 2

No resfriamento rápido ocorre os reajustes de composição importante para o estado de equilíbrio.

Passo 3

O resfriamento rápido favorece para o desenvolvimento de microestruturas diferentes no sólido.

Resposta

Alternativa III

Exercício Resolvido #2

Elaboração própria

Explique sucintamente o que ocorre com a linha solidus quando o material é resfriado.

MOSTRAR SOLUÇÃO COMPLETA

Resposta

Quando ocorre o resfriamento fora do equilíbrio provoca um deslocamento da linha solidus para baixo, quanto mais lento for o resfriamento menor será o deslocamento vertical da linha solidus, do mesmo modo quando maior for à taxa de resfriamento maior será o deslocamento vertical da linha solidus.

Exercício Resolvido #3

Elaboração própria

Avalie o diagrama e explique o que ocorre no ponto “A”.

MOSTRAR SOLUÇÃO COMPLETA

Resposta

Na temperatura de 1300° C (ponto a) a fase em equilíbrio termodinâmico é a fase líquida com 35% de Ni.

Exercício Resolvido #4

Elaboração própria

Avalie o diagrama e explique o que ocorre no ponto “B”.

MOSTRAR SOLUÇÃO COMPLETA

Resposta

Na temperatura de 1261oC (ponto b), que é a temperatura líquidus desta liga, começa a solidificação. Nesta temperatura estão em equilíbrio termodinâmico o líquido com 35% de Ni e os primeiros núcleos de sólido com 46% de Ni.

Exercício Resolvido #5

Elaboração própria

Determine quais são as fases presentes no diagrama isomorfo.

MOSTRAR SOLUÇÃO COMPLETA

Resposta

Campo alfa (α), campo liquido (L) e campo bifásico (α+L)

Exercício Resolvido #6

Elaboração própria

Determine em qual temperatura se forma a primeira fração da fase liquida.

MOSTRAR SOLUÇÃO COMPLETA

Resposta

A primeira fração surge no momento em que aquela composição é tocada na linha sólidus, ou seja na temperatura de 1350°C.

Exercício Resolvido #7

Elaboração própria

Como determinamos em qual a composição na fase liquida.

MOSTRAR SOLUÇÃO COMPLETA

Resposta

Para encontrar a composição na fase liquida é necessário traçar uma linha até cruzar a linha líquidos, verificando a composição naquele ponto. Nesse caso o liquido terá 59% de Ni.

Exercício Resolvido #8

Elaboração própria

Qual é a composição do último solido remanescente desde 1400°C até 1200°C.

MOSTRAR SOLUÇÃO COMPLETA

Resposta

A composição é aquela que é verificada por uma linha até a linha sólidus de aproximadamente 79%Ni.

Esse conteúdo é exclusivo para cadastrados.

Cadastre-se grátis no maior portal de exatas do Brasil!

Relaxa, não vamos publicar nada no seu nome.

  • Resumões direto ao ponto
    Resumões
    direto ao ponto
  • Exercícios resolvidos passo a passo
    Exercícios resolvidos
    passo a passo
  • Videoaulas incríveis
    Videoaulas
    incríveis
  • Aulões Salva-Vidas
    Aulões
    Salva-Vidas