Mecanismos da Transformação de Fase

1: Introdução

Alterar as propriedades das ligas metálicas muitas vezes é desejável para que elas adquiram certas propriedades e comportamento frente às aplicações previstas em projeto. Isso pode acontecer por meio de dois mecanismos quais sejam:

  • 1: Adicionar elementos de liga
  • 2: Realizar transformação de fase

Neste artigo vamos estudar sobre Transformação de Fase.

2: Transformação de Fase

Transformação de Fase é uma transformação, em termos termodinâmicos, que ocorre, de forma espontânea, quando a Energia Livre da Fase atual é maior que a Energia Livre da próxima Fase (referência ao diagrama de fase). Assim, por ser uma forma de economia de energia existe a mudança de Fase de forma natural. Seja G, a energia livre, então Gfase_atual > Gpróxima_fase. Por uma questão lógica, a fase mais estável é aquela que apresenta menor gasto de energia (livre).

Toda e qualquer mudança de Fase está totalmente de acordo com a Termodinâmica, com a Físico-Química e a Energia Livre de Gibbs. Assim, para qualquer análise mais profunda deve-se saber satisfazer as condições destas Leis da Física.

Toda Transformação de Fase requer, basicamente, duas etapas:

  • 1: Nucleação e
  • 2: Crescimento de Grão.

2.1: Etapas da Transformação de Fase

Como dito, duas são as etapas necessárias para que ocorra a Transformação de Fase. Vamos estudar cada uma delas.

2.1.1: Nucleação

É a primeira etapa a ocorrer e ocorre de forma natural quando a Energia Livre é menor, favorecendo, assim, a formação de embriões. Estes, em si, são instáveis e podem se desfazer a qualquer momento. Caso isso não ocorra e os embriões cresçam eles se transformarão em GRÃOS; iniciando, assim, um núcleo que inicia uma nova Fase.

Existe um Raio Crítico; no qual abaixo deste os embriões podem se desfazer e acima destes os embriões não mais se desfazem e se transformam em Grãos (“maduros”).

Esse Raio Crítico é função direta da Temperatura utilizada para o processo. Para Temperaturas maiores se requer maiores Raios e para Temperaturas menores se requer menores Raios. A vantagem está em se aplicar a menor Temperatura possível; pois, isso permite que o Raio a ser atingido é o menor possível, além de ser uma economia de energia. Logo, seja R, o raio e T, a temperatura, então, temos a seguinte relação:

R ↑ ⇒ T ↑
R ↓ ⇒ T ↓

2.1.2: Recristalização

Didaticamente, não se trata de uma etapa em si, e sim algo intermediário. Ela ocorre na etapa anterior (nucleação), em direção à próxima etapa (crescimento de grãos).

A partir dos embriões que formam grãos, estes se agrupam e isso é a recristalização. É “re”cristalização porque é formada nova cristalização a partir da anterior, um novo arranjo, com outras propriedades. É considerada recristalização quando o crescimento de grãos não apresenta discordâncias.

Para que isso ocorra devemos considerar três elementos: temperatura, tempo e tipo de material. É na recristalização que se apaga todo os histórico da liga, se desfazendo tensões e deformações residuais. Ou seja, filosoficamente, nesta “etapa” algo novo se cria a partir do velho, uma analogia com a ave phoenix da mitologia grega é algo acertado, uma liga metálica renascendo de si mesmo.

2.1.3: Crescimento de Grão

É a segunda etapa a ocorrer e, obviamente, sucede a Nucleação. Após a formação do grão, a partir dos embriões estando os grãos livres de discordâncias (recristalização), o grão passa a crescer.

Esse crescimento pode ser normal ou anômalo. Um crescimento normal garante propriedades uniformes em toda a extensão da liga e, ao contrário, para o caso de um crescimento anômalo as propriedades variam ao longo de toda a liga e isso em função do tamanho médio dos grãos em cada região.

Dos embriões passamos para a recristalização e a partir desta os grãos crescem em função da temperatura. Maiores temperaturas, maiores grãos e para menores tempeaturas, menores serão os grãos.

3: Propriedades da Liga

Dois mecanismos são de interesse, ainda que outros também influenciem as propriedades, caso dos elementos de liga. Estes mecanismos são:

3.1: Controle no crescimento de grão

3.2: Refino de grão

3.3: Propriedades e o Tamanho de Grão

4: Difusão Atômica

5: Regra da Alavanca