Capítulo 9 – Diagramas de equilíbrio de fases · PDF file(a) O...

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  • Captulo 9 Diagramas de equilbrio de fases 1*. Considere o diagrama de equilbrio de fases magnsio - estanho (Mg-Sn) representado na figura.

    (a) Este diagrama apresenta:

    1 2 transformaes alotrpicas

    2 3 equilbrios trifsicos

    3 5 transformaes isotrmicas

    (b) A transformao isotrmica que ocorre a 561,2C :

    1 L Mg2Sn + (Sn) Reaco eutctica

    2 L + (Mg) Mg2Sn Reaco peritctica

    3 L (Mg) + Mg2Sn Reaco eutctica (c) A liga Mg-20% Sn (% peso) :

    1 hipereutctica

    2 hipoeutctica

    3 hipoperitctica (d) A solidificao da liga Mg-20%Sn (% em peso) inicia-se com formao dos primeiros ncleos

    slidos de:

  • 1 Mg2Sn com composio qumica 71% Sn, a 610C

    2 (Mg) com composio qumica 7% Sn, a 610C

    3 (Mg) com composio qumica 14,5% Sn, a 561,2C (e) temperatura de 400C, a liga referida na alnea (d) constituda por:

    1 L com 36,9% Sn e (Mg) com 14,5% Sn

    2 Mg2Sn com 71% Sn e (Mg) com 36,9% Sn

    3 (Mg) com 5% Sn e Mg2Sn com 71% Sn (f) As propores das fases existentes na liga anterior temperatura de 400C so:

    1 75,5% de (Mg) primrio e 24,5% de mistura eutctica Mg2Sn + (Mg)

    2 77,3 % de Mg2Sn e 22,7% de (Mg)

    3 75,5% de Mg2Sn pr-eutctico, 1,8% de (Mg) e 22,7% de Mg2Sn (g) temperatura de 400C, a microestrutura da liga referida anteriormente formada por:

    1 gros de (Mg) com Mg2Sn nos limites de gro

    2 gros de (Mg) pr-eutctico e lamelas alternadas de (Mg) e Mg2Sn

    3 lamelas alternadas de (Mg) e Mg2Sn (h) Para que uma liga de Mg seja constituda por 35% de (Mg) pro-eutctico temperatura de

    100C a sua composio qumica dever ser:

    1 29% Mg

    2 29% Sn

    3 46,15% Sn (i) Se a liga da alnea (d) fosse arrefecida rapidamente desde o estado lquido at uma

    temperatura de 100C, de modo a no ocorrer qualquer difuso em fase slida, a sua microestrutura seria constituda por:

    1 gros zonados de Mg2Sn e lamelas alternadas de (Mg) e Mg2Sn

    2 gros zonados de (Mg) e mistura eutctica (Mg) + Mg2Sn

    3 gros zonados de (Mg) encapsulados por Mg2Sn

    2. Considere o diagrama de equilbrio de fases molibdnio (Mo) - zircnio (Zr) representado na figura

    junta.

  • (a) O nmero de reaces isotrmicas neste diagrama :

    1 3 2 5 3 6

    (b) temperatura de 738C, o diagrama apresenta um equilbrio trifsico correspondente a uma reaco:

    1 eutectide 2 eutctica 3 peritctica

    (c) Para que uma liga Mo-Zr seja monofsica temperatura de 400C, o seu teor em Zr dever ser:

    1 inferior a 10% 2 inferior a 1% ou entre 32 e 39% 3 superior a 40%

  • (d) Considere o arrefecimento em condies de equilbrio da liga Mo-Zr com 60% (em peso) Zr, desde o estado lquido at atingir-se a temperatura de 400C.

    (d1) A temperatura de fim de solidificao desta liga e a composio qumica do ltimo lquido a solidificar so, respectivamente:

    1 1550C e 58% Zr 2 superior a 1550C e 50% Zr 3 inferior a 1550C e 60% Zr

    (d2) At atingir-se a temperatura de 400C, a sequncia de transformaes de fase que a liga

    sofre :

    1 ( ) ( ) ( ) ( ) ( )

    ( )ZrZrMoZrZrZrMoZrMoZrZrZrMoZrLL

    2

    222

    +

    ++++++ L

    2 ( ) ( ) ( ) ( ) ( )ZrZrMoZrZrZrMoZrMoZrZrZrMoLL 2222 ++++++ 3 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )ZrZrMoZrZrZrMoZrMoZrZrZrLL 222 +++++

    (d3) temperatura de 1550C a liga constituda pelas seguintes fases:

    1 ( )Zr 2 ( ) ZrMoLZr 2++ 3 ( ) ZrMoZr 2+

    (d4) A uma temperatura ligeiramente inferior a 738C a liga constituda pelas fases:

    1 ( )ZrZrMo2 + 2 ( ) ( ) ZrMoZrZr 2++ 3 ( ) ZrMoZr 2+

    (d5) temperatura da sub-alnea (d4) a composio qumica da fase ZrMo2 :

    1 92,1% Zr 2 99,8% Zr 3 39% Zr

    (d6) temperatura da sub-alnea (d4) a percentagem da fase ZrMo2 :

    1 34,5 2 60,5 3 65,5

  • (d7) temperatura da sub-alnea (d4) a microestrutura da liga constituda por:

    1 lamelas alternadas de ZrMo2 e ( )Zr e gros de ZrMo2 primrio (pr-eutectide). 2 lamelas alternadas de ZrMo2 e ( )Zr , com ( )Zr primrio (pr-eutectide) nos

    limites de gro. 3 lamelas alternadas de ZrMo2 e ( )Zr .

    3. Considere o diagrama de equilbrio de fases nibio - germnio (Nb-Ge) representado na figura

    junta.

    (a) O diagrama apresenta:

    1 2 pontos de fuso congruentes

    2 6 transformaes isotrmicas 3 4 equilbrios trifsicos

    (b) O equilbrio trifsico que ocorre a 1900C :

    1 L (Nb) + Reaco eutctica 2 L + (Nb) Reaco peritctica 3 L + (Nb) (Nb) + Reaco peritctica

  • (c) A solidificao da liga Nb-12% Ge (% peso) inicia-se com formao dos primeiros ncleos slidos de:

    1 (Nb) com composio qumica 3% Ge, a 2150C 2 (Nb) com composio qumica 12% Ge, a 2469C 3 com composio qumica 15% Sn, a 1900C

    (d) temperatura de 1600C as fases que constituem a liga anterior e as respectivas

    composies qumicas so:

    1 L com 18% Ge e com 19% Ge 2 (Nb) com 9,2% Ge e com 15% Ge 3 (Nb) com 4% Ge e com 15% Ge

    (e) As propores das fases existentes nessa liga so:

    1 52% de (Nb) e 48% de 2 73 % de (Nb) e 27% de 3 73% de e 27% de (Nb)

    (f) A microestrutura desta liga formada por:

    1 gros de (Nb) primrio e lamelas alternadas de (Nb) e 2 lamelas alternadas de (Nb) e

    3 gros de (Nb) e

    (g) Se esta liga fosse arrefecida rapidamente desde o estado lquido at uma temperatura de

    1600C, de modo a no ocorrer qualquer difuso em fase slida, a sua microestrutura seria constituda por:

    1 gros zonados de (Nb) e lamelas alternadas de (Nb) +

    2 gros zonados de (Nb) encapsulados por 3 gros homogneos de (Nb) e lamelas alternadas de (Nb) +

    4. Considere o diagrama de equilbrio de fases titnio (Ti) nquel (Ni) representado na figura junta.

  • (a) Este diagrama apresenta: 1 6 equilbrios trifsicos

    2 6 transformaes isotrmicas

    3 8 transformaes isotrmicas

    (b) A transformao isotrmica que ocorre temperatura de 984C :

    1 L (38%Ni) Ti2Ni (30%Ni) + TiNi (54%Ni) Reacao Eutctica 2 TiNi (54%Ni) + L (38%Ni) Ti2Ni (39%Ni) + TiNi (54%Ni) Reaco Peritctica

    3 TiNi (54%Ni) + L (38%Ni) Ti2Ni (39%Ni) Reaco Peritctica

    (c) Durante o arrefecimento em condies de equilbrio da liga Ti-20%Ni (% peso), a solidificao inicia-se com formao dos primeiros ncleos slidos de:

    1 fase (Ti) com composio qumica 8% Ni, a 1260C 2 fase (Ti) com composio qumica 20% Ni, a 1260C 3 Ti2Ni com composio qumica 38% Ni, a 942C

    (d) temperatura de 882C, a liga Ti-20%Ni (% peso) constituda por:

    1 Ti2Ni (38% Ni) e (Ti) (10% Ni)

  • 2 (Ti) (12% Ni) e Ti2Ni (20% Ni) 3 Ti2Ni (38% Ni) e (Ti) (12% Ni)

    (e) temperatura de 882C, a liga Ti-20%Ni (% peso) constituda por:

    1 36% de Ti2Ni e 64% de (Ti) 2 31% de Ti2Ni e 69% de (Ti) 3 31% de Ti2Ni e 69% de (Ti)

    (f) temperatura de 882C, a microestrutura desta liga formada por:

    1 Gros de (Ti) e Ti2Ni nos limites de gro 2 (Ti) pro-eutctico e lamelas alternadas de (Ti) e Ti2Ni 3 Lamelas alternadas de (Ti) e Ti2Ni

    (g) Se a liga Ti-5%Ni fosse arrefecida rapidamente desde o estado lquido at uma temperatura de cerca de 600C de modo a no ocorrer qualquer difuso em fase slida, a sua temperatura de fim de solidificao seria:

    1 T < 765C 2 T = 1410C 3 T < 1410C

    (h) A microestrutura da liga da alnea (g) temperatura de 600C seria constituda por:

    1 gros de (Ti) zonados 2 gros de (Ti) zonados e lamelas alternadas de (Ti) e Ti2Ni 3 gros de (Ti) encapsulados por (Ti)

    5*. Considere o diagrama de equilbrio de fases alumnio (Al) ltio (Li) representado na figura.

  • (a) Enuncie 3 transformaes isotrmicas de tipos diferentes que ocorrem neste diagrama

    indicando a temperatura a que ocorrem, as fases envolvidas e respectivas composies qumicas e a designao respectiva.

    (b) Considere a liga Al-14%Li (em peso) e o seu arrefecimento em condies de equilbrio.

    (b1) Indique quais as fases presentes nesta liga temperatura de 100C, a sua composio qumica e respectiva proporo, distinguindo entre fases primrias e secundrias, que eventualmente existam.

    (b2) Faa um esboo legendado da microestrutura previsvel para esta liga, a 100C.

    (c) Se a liga anterior fosse arrefecida rapidamente desde o estado lquido at temperatura de

    100C de modo a no ocorrer difuso em fase slida, indique qual seria a sua temperatura de fim de solidificao e a respectiva microestrutura (faa um esboo ilustrativo).

    6*. Considere o diagrama de equilbrio de fases slica (SiO2) - alumina (Al2O3).

  • (a) Enuncie todas as transformaes isotrmicas que o diagrama apresenta, indicando as

    temperaturas a que ocorrem, a composio qumica de cada uma das fases intervenientes e a designao por que so conhecidas.

    (b) Estude o arrefecimento suficientemente lento para poder ser seguido o diagrama de equilbrio, do cermico SiO2-Al2O3 com 40% SiO2 (percentagem em peso), a partir do estado lquido.

    (b1) Indique a temperatura de fim de solidificao e a composio qumica do ltimo lquido a

    solidificar. (b2) temperatura mais baixa do diagrama, indique as fases por que o cermico

    constitudo, assim como as respectivas composies qumicas e propores das fases, distinguindo entre fases primrias e secundrias, se for caso disso.

    (b3) Faa um esboo da microestrutura do cermico temperatura mais baixa indicada no

    diagrama.

    7. Considere a seco do diagrama de equilbrio de fases f