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9.6 - SISTEMAS ISOMORFOS BINÁRIOS
Possivelmente o tipo mais fácil de diagrama de fases binário para entender e interpretar é aquele
caracterizado pelo sistema cobre-níquel (Figura 9.2). Temperatura é graficada ao longo da
ordenada e a abcissa representa a composição da liga, em porcentagem em peso (base) e
porcentagem atômica (topo) de níquel. As faixas de composição de 0%Ni (100%Cu), em peso, na
extremidade horizontal esquerda até 100%Ni(0%Cu), em peso, na extremidade horizontal direita.
Três diferentes regiões de fase, ou campos, aparecem no diagrama de fases, um campo alfa (α), um
campo de líquido (L) e um campo bifásico α + L. Cada região é definida pela fase ou fases que
existem ao longo da faixa de temperaturas e composições delimitadas pelas linhas de limites de fase.
Figura 9.2 (a) Diagrama de fases cobre-níquel. (Adaptado a partir de Metals Handbook:
Metallography, Structures and Phase Diagrams, Vol. 8, 8a.Edição, ASM Handbook
Committee, T. Lyman, Editor, American Society for Metals, 1973,p.294) (b) Uma porção do
diagrama de fases cobre-níquel para a qual composições e quantidades de fase são determinadas
no ponto B.
O líquido L é uma solução líquida composta de cobre e de níquel. A fase α é uma solução
sólida substitucional consistindo de átomos de Cu e de Ni e tendo uma estrutura cristalina CFC. Em
temperaturas abaixo de cerca de 1080 o C cobre e níquel são mutuamente solúveis no estado sólido
para todas as composições. Esta solubilidade completa é explicada pelo fato de que Cu e Ni têm a
mesma estrutura cristalina (CFC), raios iônicos e eletronegatividades quase idênticos e valências
similares (como discutido na Seção 4.3). O sistema cobre-níquel é denominado isomorfo por
causa desta completa solubilidade líquida e sólida dos 2 componentes.
Existem um par de comentários a respeito da nomenclatura. Primeiro, para ligas metálicas,
soluções sólidas são comumente designadas por letras gregas minúsculas ( α, β, γ, etc..). Em
relação aos limites de fase a linha que separa os campos das faes L e α + L é denominada a linha
liquidus, como indicada na Figura 9.2a; a fase líquida está presente em todas as temperaturas e
composições acima desta linha. A linha solidus está localizada entre as regiões α e α + L , abaixo
da qual só existe a fase α sólida.
Para a Figura 9.2a, as linhas solidus e liquidus se intersectam nas 2 extremidades de
composição; estas correspondem às temperaturas de fusão dos componentes puros. Por exemplo,
as temperaturas de fusão de cobre puro e de níquel puro são 1085 o C e 1455 o C, respectivamente.
O aquecimento do cobre puro corresponde a se mover para cima ao longo do eixo da temperatura
no lado esquerdo do diagrama. O cobre se mantém sólido até que a sua temperatura de fusão seja
atingida. A transformação sólido-a-líquido ocorre na temperatura de fusão e nenhum aquecimento
adicional é possível até que esta transformação tenha se completado.
Para qualquer composição que não seja a dos componentes puros, este fenômeno de
fusão ocorrerá ao longo da faixa de temperatura entre as linhas solidus e liquidus; as fases sólido α
e líquida estarão em equilíbrio dentro da faixa de temperatura. Por exemplo, ao se aquecer uma liga
de composição em peso igual a 50%Ni-50%Cu, em peso, (Figura9.2a), a fusào se inicia a
aproximadamente 1280 o C; a quantidade de fase líquida cresce continuamente com a elevação da