Callister_-_Engenharia_e_Cincia_dos_Materiais_ptg_ ... - Ufrgs

9.4 - MICROESTRUTURA
Muitas vezes , as propriedades típicas e, em particular, o comportamento mecânico de um material
depende da microestrutura. Microestrutura é assunto para observação microscópica direta, usando
microscópios ótico ou eletrônico; este tópico foi tocado na Seção 4.9. Em ligas metálicas,
microestrutura é caracterizada pelo número de fases presentes, suas proporções e a maneira na qual
elas estão distribuídas ou arranjadas. A microestrutura de uma liga depende de tais variáveis como
os elementos de liga presentes, suas concentrações e o tratamento térmico da liga (isto é, a
temperatura do tratamento, o tempo de aquecimento até a temperatura do tratamento e a taxa de
resfriamento desde a temperatura do tratamento até à temperatura ambiente).
O procedimento para a preparação da amostra para exame microscópico foi brevemente
delineado na Seção 4.9. Após apropriado polimento e ataque, as diferentes fases podem ser
distintuidas pelas suas aparências. Por exemplo, a fotomicrografia mostrada na página 246 é de uma
liga bifásica alumínio-cobre; uma das fases aparece clara, a outra fase é escura. Quando apenas uma
única fase ou solução sólida estiver presente,. a textura será uniforme, exceto para os contornos de
grão que podem ser revelados (Figura 4.12b).
9.5 - EQUILÍBRIOS DE FASES
Equilíbrio é um outro conceito essencial. Ele é melhor descrito em termos de uma quantidade
termodinâmica chamada energia livre. Brevemente, energia livre é uma função da energia interna
de um sistema e também da randomicidade ou desordem dos átomos ou moléculas (ou entropia).
Um sistema se encontra em equilíbrio se sua energia livre estiver num mínimo sob alguma
especificada combinação de temperatura, pressão e composição. Num sentido macroscópico, isto
significa que as características do sistema não mudam com o tempo mas sim persiste
indefinidamente; isto é, o sistema é estável. Uma mudança em temperatura, pressão e/ou
composição para um sistema em equilíbrio resultará num aumento na energia livre e numa possível
mudança esponânea para um outro estado mediante o que a energia livre é abaixada.
O termo equilíbrio de fase, às vezes usado no contexto desta discusssão, refere-se a
equilíbrio como ele se aplica a sistemas nos quais mais do que uma fase pode existir. Equilíbrio de
fase é refletido por uma constância com o tempo nas características de fases de um sistema. Talvez
um exemplo melhor ilustre este conceito. Suponha-se que um xarope açucar- água esteja contido
num vaso fechado e a solução esteja em contato com açucar sólido a 20 o C. Se o sistema estiver em
equilíbrio, a composição do xarope é 65% C 12 H 22 O 11 -35%H 2 O, em peso (Figura9.1) e as
quantidades e composições do xarope e de açucar sólido remanescerão constantes com o tempo.
Se a temperatura do sisrtema é repentinamente elevada - digamos, para 100 o C - este equilíbrio ou
balanço é temporaraiamente perturbado no sentido de que o limite de solubilidade foi aumentado
para 80%C 12 H 22 O 11 (Figura 9.1). Assim, uma quantidade de açucar sólido se dissolverá na solução
de xarope. Isto continuará até que nova concentração de equilíbrio do xarope é establecida na
tempeatura maior.
Figura 9.1 - A solubilidade de açucar (C 12 H 22 O 11 ) num xarope açucar-água.