Sistemas isomorfos binários

No diagrama de fases da liga cobre-níquel irá variar a composição de cobre e níquel, no eixo , e a temperatura, no eixo , mantendo-se a pressão constante, conforme figura abaixo.

É bom lembrar que existem vários tipos de diagramas diferentes, porém iremos nos concentrar nas ligas binárias.

Mas afinal, o que é representa um diagrama de fases binário?

Bom, nada mais é do que um mapa que nos mostra em uma dada temperatura qual ou quais fase(s) e composições químicas estará(ão) presente(s) em equilíbrio. Estas composições e fases influenciarão a microestrutura da liga e, consequentemente, a propriedade mecânica. Portanto, os diagramas de fases binários são úteis para prever as transformações de fases e as microestruturas resultantes.

Vamos agora analisar o diagrama de fases cobre-níquel abaixo.

Conforme dito, temos a composição química no eixo em porcentagem em peso (), parte inferior e em porcentagem atômica (), parte superior. No eixo temos de um lado a temperatura em °C e do outro lado em °F. Observem que temos três regiões (fases) distintas no diagrama: (a) líquido, (b) + líquido e (c). Em soluções sólidas representamos as fases sólidas por letras gregas minúsculas (). Notem, também, duas linhas que representam a fronteira entre as fases. A primeira, linha liquidus separa a fase liquida da fase que possui liquido + sólido . Na segunda, linha solidus separa a fase que possui liquido + sólido da fase sólida .

A fase é uma solução sólida substitucional, isto é, uma mistura homogênea de cobre e níquel. Vimos que para ocorrer uma solução sólida substitucional é necessário que os componentes possuam mesma estrutura cristalina (ambos são CFC), raios atômicos e eletronegatividades praticamente idênticas e valência iguais ou próximas. Portanto, o sistema cobre-níquel é denominado isomorfo em razão dessa solubilidade completa, tanto no estado líquido quanto no sólido.

Como recordar é viver, observe a tabela abaixo estudada no tópico de defeitos substitucionais!!!!

Nas extremidades vemos a interseção das duas linhas. Quando há de , isto é, , há somente uma temperatura, , que corresponde à temperatura de fusão do cobre puro, nessa transformação de fases não há nenhum aquecimento adicional até que toda a transformação tenha ocorrido. A mesma coisa ocorre quando há de , isto é, , há somente uma temperatura, , que corresponde à temperatura de fusão do níquel puro. Entretanto, quando a liga possui os dois componentes a fusão ocorrerá ao longo de uma faixa de temperatura, por exemplo, suponha que estamos aquecendo um liga com , inicialmente a 1000°C e desejamos levar à liga a fusão completa. Quando esta liga atingir, aproximadamente, 1300°C começará a transição de sólido para liquido até atingir 1350°C, onde todo sólido transformou-se em líquido. Note que não há uma temperatura única no processo, e sim um faixa de temperatura na qual coexiste sólido + líquido.

A interpretação dos diagramas de fases binários é bem simples e nos fornece a seguintes informações:

• As fases que estão presentes;
• As composições dessas fases;
• As porcentagens ou frações das fases.

Observe no diagrama cobre-níquel acima o ponto A. Nesse ponto sabe-se que a fase presente é a sólido . Além disso, sabe-se que neste ponto a composição é e .

Note agora o ponto B. Neste ponto sabe-se que há duas fases presentes ( + L), conforme figura abaixo.

Observe que a composição química da liga citada é de aproximadamente e , a 1250°C. Porém, neste ponto, coexiste fase liquida e sólida e o desafio agora é descobrimos a porcentagem de cada fase, isto é, qual será a composição química fase liquida e fase sólida?

Mas, calma! Esse procedimento é conhecido com regra da alavanca e veremos isso no próximo tópico.

Vamos praticar um pouco e fixar esse conteúdo!