Sistema eutético binário

Teoria Completa

Bom demais com vocês, galerinha?

No tópico anterior aprendemos sobre resfriamento de ligas isomorfas (solução substitucional completa), em equilíbrio e fora do equilíbrio. Nesse tópico iremos continuar aprendendo mais sobre diagrama de fases e dessa vez veremos o sistema eutético binário.

Afinal, qual é a importância de aprendermos o sistema eutético binário, além é claro de mandarmos bem nas provas???????

A figura acima mostra um ferro de solda e um arame de estanho ( S n ) e chumbo ( P b ) . Você já deve ter feito um tipo de solda da figura acima ou pelo menos visto alguém fazê-lo. É nesse contexto que o sistema eutético binário entra para nos ajudar. Mas calma, pois iremos explicar passa a passo esse sistema!

A figura acima é um diagrama de fases cobre-prata. Vamos entendê-lo passo a passo!

Assim como o diagrama de fases isomorfo, temos no eixo x a composição em peso de prata e no eixo y a temperatura. Quando estamos no eixo x em 0, significa que temos 0 % p de prata, ou seja, 100 % p de cobre. Do mesmo modo, quando estamos no eixo x em 100, significa que temos 10 0 % p de prata, ou seja, 0 % p de cobre.

Observe no diagrama 6 campos.

Note que entres os campos 3-4 e 3-5 temos a linha liquidus, isto é, a linha que separa o estado liquido dos estados sólidos. Observe, também, que entre os campos 1-4 e 2-5 temos linha solidus, ou seja, a linha que separa o estado totalmente sólido do estado sólido + líquido. Essas linhas são as mesmas que vimos no diagrama de fases isomorfo. A novidade aqui é a linha solvus, ela indica o limite de solubilidade que cada componente possuem. Por exemplo, a linha solvus da esquerda mostra-nos a porcentagem em peso de prata que o solvente cobre consegue diluir, note que a solubilidade máxima da prata no cobre é de 8 % p de prata A g à temperatura de 779 ° C . Da mesma maneira que tempo a linha de solubilidade da prata no cobre, temos a linha solvus à direita que representa a linha de solubilidade máxima do cobre na prata, nesta linha o solvente é a prata e o soluto o cobre. A solubilidade máxima do cobre na prata é de ( 100 - 91,2 = 8,8 % p ) de cobre à temperatura de 779 ° C .

Através do diagrama, também, é possível identificarmos os pontos de fusão do cobre puro e do alumínio puro, que estão representados no diagrama pelo ponto A e F , respectivamente. Para o cobre, ponto A , a temperatura de fusão é de aproximadamente 1085 ° C , para o alumínio, ponto B , a temperatura de fusão é de aproximadamente 950 ° C .

Observe que o ponto de fusão da cobre vai diminuindo (linha liquidus) à medida que colocamos mais prata na mistura até atingir o ponto E , onde a temperatura de fusão da linha é mínima, o mesmo ocorrerá em um mistura de prata e acrescentando cobre.

O ponto E , conhecido como ponto eutético, é o ponto de composição química dos componentes que terá a menor temperatura de fusão da liga. Para a liga de cobre e de prata a menor temperatura de fusão ocorrerá quando a composição for de 71,9 % p   d e   p r a t a   e   28,1 %   d e   c o b r e . Só de curiosidade eutético pelo dicionário Michaelis significa: “ liga de solução que tem grande fusibilidade”, isto é, que funde-se com facilidade.

Ao resfriarmos uma liga com composição eutética uma reação importante ocorrerá, a reação eutética!!!! Que nada mais é do que a transformação da liga no seu estado líquido para os estados sólidos α + β simultaneamente. Observe que nesta reação não há variação de temperatura para que todo o líquido seja transformado em sólidos.

Note que no ponto eutético teremos a seguinte composição química:

Essa composição é verificada utilizando a regra da alavanca, ou seja, trançando uma linha de amarração (linha vermelha cheia da figura abaixo) e duas retas perpendiculares a linha de amarração para checarmos a composição de para cada fase.

A fase sólida α é uma fase sólida de cobre com prata diluído em sua microestrutura. Já a fase sólida β é uma fase sólida de prata com cobre diluído em sua microestrutura.

A figura acima corresponde uma parte do diagrama de fases do cobre-prata. A liga nos três pontos I ,   I I   e   I I I estão à mesma temperatura e estamos variando somente a composição de prata, isto é, aumentando a concentração de prata. No ponto I temos somente sólido α , ou seja, solução sólida de cobre com prata diluída na microestrutura. Ao atingirmos a linha solvus teremos a diluição máxima de prata e neste momento começa a precipitar (segregar) a fase sólida β , essa precipitação pode ocorrer e vários locais, mas normalmente ocorrerá em regiões com maior energia, como os contornos de grãos. Se continuarmos aumentando a concentração de prata, conforme ponto I I I , iremos aumentar cada vez mais a fase sólida β , uma vez que a solução já não consegue mais diluir a prata, precipitando-a.

Agora conseguimos responder o porquê é importante o estudo do diagrama de fases. Note que ao adicionar a prata no cobre conseguimos diminuir a temperatura de fusão da liga e consequentemente menos energia gastaremos para fundir a liga!

Expandir

Exercício Resolvido #1

Elaboração própria

O diagrama eutético binário apresenta características importantes, determine a opção correta que é característica deste tipo de diagrama.

  1. São encontradas duas regiões monofásicas no diagrama: β e líquida
  2. Em um sistema cobre-prata a fase α consiste em uma solução sólida pobre em cobre
  3. A fase α apresenta a prata como componente soluto e estrutura cristalina CFC.
MOSTRAR SOLUÇÃO COMPLETA

Passo 1

São encontradas três regiões monofásicas no diagrama:α, β e líquida

Passo 2

Em um sistema cobre-prata a fase α consiste em uma solução sólida rica em cobre

Passo 3

A fase α apresenta a prata como componente soluto e estrutura cristalina CFC.

Resposta

Alternativa 3

Exercício Resolvido #2

Elaboração própria

Análise e descreva o que ocorre abaixo da temperatura da curva “BEG”.

MOSTRAR SOLUÇÃO COMPLETA

Resposta

Abaixo da temperatura da curva BEG ocorre apenas uma concentração limitada de prata que irá se dissolver no cobre (para a fase α) e de maneira semelhante o cobre ira se dissolver na prata (para a faseβ).

Exercício Resolvido #3

Elaboração própria

Determine o limite de solubilidade para a fase α.

MOSTRAR SOLUÇÃO COMPLETA

Resposta

O limite de solubilidade para a fase α corresponde à curva identificada por “CBA”, entre as regiões α/(α+β) e α/(α+L).

Exercício Resolvido #4

Elaboração própria

Explique o que ocorre no ponto E.

MOSTRAR SOLUÇÃO COMPLETA

Resposta

O ponto E é determinado como ponto invariante e como o próprio nome diz, apresenta uma composição de 71,9% de prata a 779°C.

Exercício Resolvido #5

Elaboração própria

Explique o que ocorre no resfriamento do sistema abaixo