Resfriamento de ligasisomorfas

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 e e esteja a , ponto , portanto seu estado está totalmente líquido, sofrendo um resfriamento muuuuuuuito lento. Quando essa liga atingir a temperatura de uma pequena fração de sólido irá se formar, ponto . Traçando uma linha de amarração no ponto é possível determinarmos qual é a composição do nosso sólido formado, ou seja, teremos frações de com . Note na figura abaixo essa fração formada.

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

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

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 . Neste ponto, a liga está em seu estado líquido. Quando nossa liga atingir a temperatura de uma pequena fração de sólido irá se formar, ponto , conforme vimos, também, no resfriamento em equilíbrio. Continuando o resfriamento até o ponto , notaremos que não houve tempo suficiente para os elementos sofram completa difusão, assim teremos neste ponto núcleos de sólidos com concentração de na região central dos núcleos com uma variação da composição até atingir na periferia, conforme figura abaixo.

Continuando o resfriamento e atingindo o ponto , uma nova fração de sólido se formará em volta dos sólidos anteriores com uma concentração, na periferia, de . Observe que ainda temos, no ponto , fração de liquido.

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

A solidificação fora do equilíbrio atinge seu final no ponto . A composição dessa última parte é de 31.

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.