Callister_-_Engenharia_e_Cincia_dos_Materiais_ptg_ ... - Ufrgs

produzirá nenhuma alteração microestrutural ou composicional.
Condições de solidificação de equilíbrio são realizadas apenas para taxas de resfriamento
extremamente lentas. A razão para isto é que com mudanças na temperatura, devem existir reajustes
nas composições das duas fases de acordo com o diagrama de fases, como discutido nos
parágrafos precedentes. Estes reajustes são realizados por processos difusionais, isto é, difusão nas
fases tanto sólida quanto líquida e também através da interface sólido-líquido. Porquanto difusão é
um fenômeno dependente do tempo (Seção 5.3), para manter equilíbrio durante o resfriamento,
suficiente tempo deve ser permitido em cada temperatura para os apropriados ajustes de
composição. Taxas de difusão (isto é, a magnitude dos coeficientes de difusão) são especialmente
baixas para a fase sólida e, para ambas as fases, decrescem com o abaixamento da temperatura. Em
virtualmente todas as situações práticas de solidificação, taxas de resfriamento são demasiado
rápidas para permitir estes ajustes de composição e a manutenção de equilíbrio e resultam
microestruturas outras que aquelas descritas acima.
Uma consequência importante de solidificação de não-equilibrio para ligas isomorfas é
uma distribuição não uniforme dos dois elementos dentro dos grãos, que é denominada segregação.
A região central de cada grão, que é a primeira a se solidificar, é rica em elemento de alto ponto de
fusão (por exemplo, níquel para um sistema Ni-Cu), enquanto que a concentração do elemento de
baixo ponto de fusão aumenta com a posição a partir desta região para o contorno do grão; assim,
são estabelecidos gradientes de concentração através dos grãos, que está esquematicamente
representado na Figura 9.4. Isto é às vezes denominado uma estrutura "em camadas concêntricas",
que dá origem a propriedades menores do que as ótimas. Quand uma peça fundida (soldificada em
moldes) tendo uma estrutura em camadas concêntricas é reaquecida, regiões de contorno de grão se
fundirão primeiro porquanto elas sejam mais ricas no componente de menor ponto de fusão. Isto
produz uma repentina perda na integridade mecânica devida ao filme fino líquido que separa os
grãos. Além disso, esta fusão pode começar numa temperatura abaixo da temperatura solidus de
equilíbrio da liga. A estrutura em camadas concêntricas pode ser eliminada por um tratamento
térmico de homogenização realizado numa temperatura abaixo do ponto de solidus para a particular
composição de liga. Durante este processo, ocorre a difusão atômica, que produz grãos
composicionalmente uniformes.
Figura 9.4 - Representação esquemática de formação de camadas concêntricas num único grão.
Para uma estrutura de camadas concêntricas, gradientes de concentração são estabelecidos através
dos grãos; linhas tracejadas indicam contornos de concentração constante (C 1 , C 2 e C 3 , etc..).
PROPRIEDADES MECÂNICAS DE LIGAS ISOMORFAS
Agora exploraremos brevemente como as propriedades mecânicas de ligas sólidas isomorfas são
afetadas por composição quando outras variáveis estruturais (por exemplo, tamanho de grão) são
mantidas constantes. Para todas as temperaturas e composições existirá apenas uma única fase
sólida abaixo da temperatura de fusão do componente de mais baixo ponto de fusão. Portanto, cada
componente experimentará endurecimento por solução sólida (Seção 7.9), ou um aumento na
resistência mecânica ou na dureza por adições do outro componente. Este efeito é demonstrado na
Figura 9.5a na forma de resistência à tração versus composição para o sistema níquel-cobre à