teorico (1)

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Materiais de 
Construção Mecânica II
Material Teórico
Responsável pelo Conteúdo:
Prof.ª Esp. Leila da Silva Moura Ribeiro
Revisão Textual:
Prof.ª Esp. Kelciane da Rocha Campos
Diagramas de Fases
• Diagramas de Fases.
• Apresentar ao aluno uma breve introdução ao estudo dos diagramas de fase de ligas 
metálicas e suas aplicações.
OBJETIVO DE APRENDIZADO
Diagramas de Fases
Orientações de estudo
Para que o conteúdo desta Disciplina seja bem 
aproveitado e haja maior aplicabilidade na sua 
formação acadêmica e atuação profissional, siga 
algumas recomendações básicas:
Assim:
Organize seus estudos de maneira que passem a fazer parte 
da sua rotina. Por exemplo, você poderá determinar um dia e 
horário fixos como seu “momento do estudo”;
Procure se alimentar e se hidratar quando for estudar; lembre-se de que uma 
alimentação saudável pode proporcionar melhor aproveitamento do estudo;
No material de cada Unidade, há leituras indicadas e, entre elas, artigos científicos, livros, vídeos 
e sites para aprofundar os conhecimentos adquiridos ao longo da Unidade. Além disso, você tam-
bém encontrará sugestões de conteúdo extra no item Material Complementar, que ampliarão sua 
interpretação e auxiliarão no pleno entendimento dos temas abordados;
Após o contato com o conteúdo proposto, participe dos debates mediados em fóruns de discus-
são, pois irão auxiliar a verificar o quanto você absorveu de conhecimento, além de propiciar o 
contato com seus colegas e tutores, o que se apresenta como rico espaço de troca de ideias e de 
aprendizagem.
Organize seus estudos de maneira que passem a fazer parte 
Mantenha o foco! 
Evite se distrair com 
as redes sociais.
Mantenha o foco! 
Evite se distrair com 
as redes sociais.
Determine um 
horário fixo 
para estudar.
Aproveite as 
indicações 
de Material 
Complementar.
Procure se alimentar e se hidratar quando for estudar; lembre-se de que uma 
Não se esqueça 
de se alimentar 
e de se manter 
hidratado.
Aproveite as 
Conserve seu 
material e local de 
estudos sempre 
organizados.
Procure manter 
contato com seus 
colegas e tutores 
para trocar ideias! 
Isso amplia a 
aprendizagem.
Seja original! 
Nunca plagie 
trabalhos.
UNIDADE Diagramas de Fases
Diagramas de Fases
Para entendermos como será o estudo dos diagramas de fase, vamos primeira-
mente definir o conceito de fase de uma substância.
• Fase de uma substância consiste em uma porção dessa substância em que as 
características químicas e físicas são uniformes.
Quando temos um material puro, dizemos que ele possui uma única fase. Essa 
fase pode ser sólida, líquida ou gasosa.
Um exemplo bem comum para se exemplificar o conceito de fase é uma porção 
de água pura líquida contida em um copo. Podemos afirmar que essa água possui 
uma única fase.
Na figura 1, é possível visualizar-se um copo com água líquida. A água, nesse 
caso, apresenta-se em uma única fase, que nesse caso é uma fase líquida.
Caso adicionemos pedras de gelo (água no estado sólido) nesse copo de água 
líquida, teremos dentro do copo ainda água pura, porém apresentando-se em 2 
fases, ou seja, fase sólida (gelo) e fase líquida, conforme ilustrado na figura 2.
Figura 1 – Exemplo de porção 
de água pura na fase líquida
Fonte: Getty Images
Figura 2 – Exemplo de porção de água pura 
que apresenta 2 fases: sólida (gelo) e líquida
Fonte: Getty Images
Outra possibilidade seria adicionar açúcar em um copo de água pura e todo o 
açúcar adicionado se dissolver na água. Nesse caso, também é possível afirmar que 
a mistura de água com açúcar forma uma única fase.
Porém, caso se adicione mais açúcar nessa mistura, até que a água não tenha 
capacidade de dissolver totalmente esse açúcar adicionado, ocorrerá um acúmulo 
de açúcar no estado sólido no fundo do copo. Nesse caso, é possível afirmar-se que 
a mistura de água com açúcar possui 2 fases (sólida e líquida).
Na figura 3, é possível visualizar um diagrama que mostra a solubilidade do açú-
car na água.
8
9
100 200
150
100
Te
m
pe
ra
tu
ra
 (°
F)
Te
m
pe
ra
tu
ra
 (°
C)
50
80
60
40
20
Limite de solubilidade
Solução líquida (xarope)
0
0
100
Açúcar
Água
20
80
40 60 80
60
Composição (%p)
40 20
100
0
Solução
líquida
+
açúcar
sólido
Figura 3 – Diagrama de solubilidade do açúcar na água
O que é o limite de solubilidade material?
Ex
pl
or
Limite de solubilidade é a porcentagem máxima que um material consegue 
dissolver um outro material, que, nesse caso, é chamado de soluto. Caso se tente 
dissolver um soluto em uma porcentagem acima desse limite, sempre haverá a for-
mação de 2 fases, pois o excesso de soluto irá se precipitar na mistura.
Ao se analisar o diagrama da figura 3, é possível observar uma linha vermelha, 
que representa o limite de solubilidade do açúcar na água. Observe que esse limite 
varia de acordo com a temperatura, ou seja, quanto maior a temperatura, maior 
será a solubilidade. Na parte inferior do diagrama, é possível visualizar os percen-
tuais de açúcar, que variam de 0 a 100% da esquerda para a direita, e o percentual 
de água, que varia 0% a 100% da direita para a esquerda.
Em outras palavras, à esquerda do diagrama da figura 3 tem-se água pura (100% 
de água) e 0% de açúcar. Por outro lado, à direita do diagrama, tem-se 100% de 
açúcar e 0% de água.
Finalmente, ainda no diagrama da figura 3, à esquerda da linha vermelha (Limite 
de solubilidade do açúcar na água) tem-se uma única fase formada por água pura 
ou água com açúcar dissolvido. À direita da linha vermelha (Limite de solubilidade 
do açúcar na água) tem-se a formação de 2 fases: uma fase líquida, formada pela 
mistura de água com açúcar, e uma fase sólida, formada por açúcar acumulado que 
não foi dissolvido na água.
Porém, deve-se considerar ainda que os materiais podem apresentar mais do que 
essas 3 fases comuns (sólida, líquida ou gasosa), dependendo da temperatura e da 
microestrutura do material. O ferro puro, por exemplo, apresenta 5 fases diferentes:
• 3 fases sólidas (Fe-α, Fe-β, Fe-δ);
• 1 fase líquida, chamada de Ferro líquido, que ocorre com temperaturas acima 
de 1536°C;
• 1 fase gasosa, chamada de Ferro gasoso, que ocorre com temperaturas acima 
de 2875°C.
9
UNIDADE Diagramas de Fases
Se o ferro estiver misturado com o carbono, como nos aços e ferros fundidos, 
essas fases vão sofrer variações, de acordo com o percentual de carbono adiciona-
do à liga. Essas variações podem ser demonstradas através de um Diagrama de 
Fases, também chamado de Diagrama de Equilíbrio.
O equilíbrio de um material é uma condição de estabilidade do material em 
que o mesmo não sofre alterações espontâneas em sua estrutura e composição 
química ao longo do tempo.
Para o estudo do diagrama de fases, devemos conhecer também o conceito 
de Microestrutura.
O que é a microestrutura do material?
Ex
pl
or
Microestrutura é a característica de um material ao ser observado em um mi-
croscópio. É composta pelas fases presentes no material e como elas estão distri-
buídas ao longo dele. Em uma amostra de aço, por exemplo, é possível encontrar 
em algumas situações, ao mesmo tempo, as estruturas cristalinas dos tipos CCC 
(Cúbica de Corpo de Centrado) e CFC (Cúbica de Face Centrada). É possível afir-
mar, então, que essa amostra de aço apresenta 2 fases, porém, para se caracterizar 
a microestrutura, deve-se adicionar a essa análise a morfologia, ou seja, a aparência 
do material visto ao microscópio.
A microestrutura do material ainda pode ser influenciada pela velocidade de 
aquecimento, velocidade de resfriamento, tratamentos térmicos, entre outros fato-
res que podem causar alteração na microestrutura de um material.
Existem diversos livros que apresentam fotos de microestruturas em determina-
das escalas de ampliação, que podem ser utilizadas como comparação para se iden-
tificar a microestrutura de um material que está sendo analisado no microscópio. 
Os desenhos dessas microestruturas costumam ser chamados de micrografias.
A análise demicroestruturas de materiais metálicos ao microscópio é chamada 
de Análise Metalográfica.
A seguir estudaremos os diagramas de fase dos materiais e suas aplicações.
Diagramas de fases de substâncias puras
O Diagrama de Fase de uma Substância Pura é o diagrama mais fácil de entender.
Esse diagrama representa as fases de uma substância pura de composição quí-
mica constante, em função da variação da temperatura e pressão aos quais esta 
substância está submetida.
Na figura 4, é possível visualizar um exemplo de diagrama de fases de uma subs-
tância pura. Trata-se do diagrama de fases da água pura.
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Pr
es
sã
o (
at
m
)
1.000
100
10
1.0
0.1
0.01
0.001
–20 0 20 40 60 80 100 120
Temperatura (°C)
Líquido
(Água)
Gasoso
(Vapor)
Sólido
(Gelo) 2
b
c
a
O
3
Figura 4 – Exemplo de diagrama de fase de uma substância pura – água
No diagrama da figura 4, a composição química da água é constante. No eixo 
horizontal, na parte inferior, é possível visualizar a variação da temperatura (-20°C 
a 120°C) e no eixo vertical à esquerda, é possível visualizar a variação da pressão 
(0,001 atm a 1000 atm).
Nesse diagrama, é possível ainda visualizar 3 linhas vermelhas que separam as 
fases sólida, líquida e vapor da água.
Por exemplo, se em um determinado local houver água com uma pressão de 1 
atm e temperatura de 110°C, a fase da água será o estado de vapor (fase gasosa), 
conforme ilustrado na figura 5.
Pr
es
sã
o (
at
m
)
1.000
100
10
1.0
0.1
0.01
0.001
–20 0 20 40 60 80 100 120
Temperatura (°C)
Líquido
(Água)
Gasoso
(Vapor)
Fase
Gasosa
Sólido
(Gelo) 2
b
c
a
O
3
Figura 5 – Exemplo de utilização do diagrama de fase de uma substância pura – água
Diagramas de fases binários
O Diagrama de Fase Binário representa as fases existentes em uma liga formada 
por 2 componentes químicos.
Esse diagrama representa as fases de uma liga em função da variação da tempe-
ratura e da porcentagem dos elementos que formam a liga.
Nesse tipo de diagrama, no eixo horizontal é possível visualizar a variação da 
porcentagem do elemento de liga e no eixo vertical é possível visualizar a variação 
da temperatura.
11
UNIDADE Diagramas de Fases
Em ligas metálicas, as possíveis fases sólidas são representadas pelas letras gre-
gas: α, β e γ.
O Diagrama de Fases Binário mais comum é o Diagrama de Fases Isomorfo.
Como funciona o Diagrama de Fases Isomorfo?
Ex
pl
or
Diagramas de fases isomorfos
O Diagrama de Fases Isomorfo é um diagrama que representa uma liga formada 
por 2 componentes químicos que apresentam total solubilidade um no outro. Essa 
solubilidade ocorre tanto na fase sólida quanto na fase líquida.
Na figura 6, é possível visualizar um exemplo de diagrama de fases isomorfo 
para uma liga metálica formada por Cobre (Cu) e Níquel (Ni).
Te
m
pe
ra
tu
ra
 (°
C)
Te
m
pe
ra
tu
ra
 (°
F)
Composição (%a Ni)Composição (%a Ni)
(Cu) Composição (%p Ni) (Ni)
0 20 40 60 80 100
0 20 40 60 80 100
1.500
1.600
1.400
1.300
1.200
2.000
Líquido 1.453 °C
A
α
1.085 °C
2.200
2.400
2.600
2.800
1.100
1.000
B
Linha solidusLinha liquidus
α + L
Figura 6 – Exemplo de diagrama de fase isomorfo – liga metálica formada por Cobre (Cu) e Níquel (Ni)
Ao analisar-se o diagrama da figura 6, é possível visualizar 3 regiões:
• Região α: representa a região do diagrama onde a liga está em fase sólida;
• Região α+L: representa a região do diagrama onde a liga apresenta 2 fases 
(sólida e líquida);
• Região L: representa a região do diagrama onde a liga está em fase líquida.
Nesse diagrama, ainda é possível visualizar 2 linhas vermelhas separando essas fases.
A linha vermelha inferior separa as fases α e α+L e é chamada de Solidus. 
Da mesma forma, a linha vermelha superior separa as fases α+L e L e é cha-
mada de Liquidus.
12
13
Na parte inferior do diagrama da figura 6, é possível visualizar os percentuais 
de Cobre, que variam de 0 a 100% da esquerda para a direita, e o percentual de 
Níquel, que varia de 0% a 100% da direita para a esquerda.
Em outras palavras, à esquerda do diagrama da figura 6 tem-se Cobre puro 
(100% de cobre) e 0% de Níquel. Por outro lado, à direita do diagrama tem-se 100% 
de Níquel e 0% de Cobre.
O cruzamento das linhas Solidus e Liquidus na extremidade esquerda do dia-
grama representa a temperatura de Fusão do Cobre Puro (1085°C). Por outro lado, 
o cruzamento das linhas Solidus e Liquidus na extremidade direita do diagrama 
representa a temperatura de Fusão do Níquel Puro (1453°C).
Observe agora a figura 7. Para uma concentração, por exemplo, de 50% de Cobre 
e 50% de Níquel, traçou-se uma linha vertical que cruza as linhas Solidus e Liquidus.
Em seguida, a partir do ponto onde houve o cruzamento com a linha Solidus, 
traçou-se uma linha horizontal que cruza o eixo das temperaturas, indicando a tem-
peratura de 1275°C. Abaixo dessa temperatura, essa liga irá apresentar apenas a 
fase sólida (Fase α).
Da mesma forma, a partir do ponto onde houve o cruzamento com a linha 
Liquidus , traçou-se uma linha horizontal que cruza o eixo das temperaturas, indi-
cando a temperatura de 1325°C. Acima dessa temperatura, essa liga irá apresen-
tar apenas a fase líquida (Fase L).
Finalmente, entre as temperaturas de 1275°C e 1325°C haverá a presença de 2 
fases, ou seja, a fase sólida (Fase α) e a fase líquida (Fase L).
Te
m
pe
ra
tu
ra
 (°
C)
Te
m
pe
ra
tu
ra
 (°
F)
Composição (%a Ni)
(Cu) Composição (%p Ni) (Ni)
0 20 40 60 80 100
0 20 40 60 80 100
1.500
1.600
1.400
1.300
1.200
1275 °C
50%
1325 °C
2.000
Líquido 1.453 °C
A
α
1.085 °C
2.200
2.400
2.600
2.800
1.100
1.000
B
Linha solidusLinha liquidus
α + L
Figura 7 – Mudanças de fase – Liga com 50% de Cobre (Cu) e 50% de Níquel (Ni)
Abaixo da linha Solidus (Fase α), a fase sólida será formada por 50% de Cobre 
e 50% de Níquel.
Da mesma forma, acima da linha Liquidus (Fase L), a fase líquida será formada 
por 50% de Cobre e 50% de Níquel.
13
UNIDADE Diagramas de Fases
Porém, na região entre as linhas Solidus e Liquidus (Fases α+L), a concentração 
dos componentes da liga entre as fases sólida (α) e líquida (L) não seguirá exatamen-
te a proporção de 50% para cada elemento de liga.
Vamos citar como exemplo, novamente, a liga formada por 50% de Cobre e 
50% de Níquel, porém a uma temperatura de 1300°C. Como essa temperatura 
se encontra entre 1275°C e 1325°C, é possível concluir que, para essa liga, nessa 
temperatura, teremos a presença das fases sólida e líquida (α+L) nessa condição.
Para determinar a proporção das fases sólida e líquida de cada componente da 
liga para essa temperatura, devemos proceder da seguinte forma.
1. Traçar uma linha vertical a partir do valor de 50% na parte inferior do 
diagrama, que representa 50% de Cobre e 50% de Níquel;
2. Traçar uma linha horizontal a partir da temperatura de 1300°C, de tal for-
ma que essa linha cruze a linha vertical traçada anteriormente e as linhas 
solidus e liquidus;
3. A partir do ponto onde ocorre o cruzamento da linha de temperatura 
(horizontal) e a linha liquidus, traçar uma linha vertical para baixo, até que 
cruze o eixo das porcentagens de Níquel. A porcentagem indicada será a 
porcentagem de Níquel líquido na temperatura de 1300°C;
4. A partir do ponto onde ocorre o cruzamento da linha de temperatura 
(horizontal) e a linha solidus, traçar uma linha vertical para baixo, até que 
cruze o eixo das porcentagens de Níquel. A porcentagem indicada será a 
porcentagem de Níquel sólido na temperatura de 1300°C.
Esses passos estão ilustrados no diagrama da figura 8.
Te
m
pe
ra
tu
ra
 (°
C)
Te
m
pe
ra
tu
ra
 (°
F)
Composição (%a Ni)
(Cu) Composição (%p Ni) (Ni)
0 20 40
46% 57%
80 100
0 20 40 60 80 100
1.500
1.600
1.300
1.200
50%
1325 °C
2.000
Líquido 1.453 °C
A
α
1.085 °C
2.200
2.400
2.600
2.800
1.100
1.000
B
Linha solidusLinha liquidus
α + L
60
Figura 8 – Percentual das fases sólida e líquida do Níquel para 1300°C
14
15
Ao analisar-se o diagrama da figura 8,é possível observar que, na temperatura 
de 1300°C, a fase líquida é composta por aproximadamente 46% de Níquel (Ni). 
Sendo assim, o percentual da fase líquida de Cobre (Cu) é obtido subtraindo-se 
100% do percentual de Níquel, da seguinte forma:
%Cu = 100% – %Ni
%Cu = 100% – 46%
%Cu=54%
Da mesma forma, ao analisar-se o diagrama da figura 8 é possível observar 
que, na temperatura de 1300°C, a fase sólida é composta por 57% de Níquel (Ni). 
Sendo assim, o percentual da fase sólida de Cobre é obtido subtraindo-se 100% do 
percentual de Níquel, da seguinte forma:
%Cu = 100% – %Ni
%Cu = 100% – 57%
%Cu = 43%
Diagramas de fases eutéticos
Como funciona um Diagrama de Fases Eutético?
Ex
pl
or
O Diagrama de Fases Eutético é um diagrama que representa uma liga formada 
por 2 componentes químicos que não apresentam solubilidade um no outro ou, 
ainda, essa solubilidade é insignificante.
Sendo assim, para uma liga formada por 2 componentes A e B, esse tipo de 
diagrama apresenta as seguintes regiões.
• Uma região com 2 fases sólidas A e B (Região A+B) que fica abaixo de uma 
linha horizontal chamada de Solidus. A temperatura da linha Solidus é chama-
da de Temperatura Eutética;
• Apresenta uma região com duas fases, uma sólida e outra líquida, sendo uma 
delas composta pelo componente A no estado sólido (Fase A) e o componente 
A no estado líquido (Fase L). No diagrama, essa é a região A+L;
• Apresenta uma região com duas fases, uma sólida e outra líquida, sendo uma 
delas composta pelo componente B no estado sólido (Fase B) e o componente 
B no estado líquido (Fase L). No diagrama, essa é a região B+L;
• Apresenta uma região acima das 2 linhas Liquidus, que representa a região L 
no diagrama, que consiste em uma única fase líquida.
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UNIDADE Diagramas de Fases
Na figura 9, é possível observar a representação de um diagrama eutético para 
uma liga binária onde os 2 componentes não apresentam solubilidade um no outro, 
ou seja, sem uma solução sólida.
Liquidus
L + B
A + B
A + L
L
Composição
eutética
A B
Temperatura
eutética
Te
m
pe
ra
tu
ra
Composição
Solidus
Figura 9 – Representação de um diagrama 
eutético sem solubilidade dos componentes
Caso os 2 componentes A e B de uma liga binária sejam parcialmente solúveis 
entre si, o diagrama eutético irá apresentar regiões intermediárias.
• Nas regiões próximas às bordas, haverá 2 regiões sólidas onde ocorre a solubi-
lidade dos componentes. Essas são as regiões α (Fase sólida α) e β (Fase sólida 
β) do diagrama da figura 10.
• Na região central, abaixo da linha Solidus, haverá a presença de uma região 
sólida composta por 2 fases sólidas (α + β);
• Apresenta uma região com duas fases, uma sólida e outra líquida, sendo uma 
delas composta pelo componente A no estado sólido (Fase α) e o componente 
A no estado líquido (Fase L). No diagrama, essa é a região α+L;
• Apresenta uma região com duas fases, uma sólida e outra líquida, sendo uma 
delas composta pelo componente B no estado sólido (Fase β) e o componente 
B no estado líquido (Fase L). No diagrama, essa é a região β+L;
• Apresenta uma região acima das 2 linhas Liquidus, que representa a região L 
no diagrama, que consiste em uma única fase líquida.
Na figura 10, é possível observar um diagrama eutético para uma liga binária 
onde os 2 componentes apresentam solubilidade parcial um no outro.
16
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L + β
α + β
α α + L
L
A B
Te
m
pe
ra
tu
ra
Composição
β
Figura 10 – Representação de um diagrama eutético 
com solubilidade parcial dos componentes
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UNIDADE Diagramas de Fases
Material Complementar
Indicações para saber mais sobre os assuntos abordados nesta Unidade:
 Livros
Ciência e Tecnologia dos Materiais – Capítulo 2 (p. 47-54)
PAVANATI, H. C. Ciência e tecnologia dos materiais. São Paulo: Ed. Pearson 
Education do Brasil, 2015.
Ciência dos Materiais – Capítulo 9 (p. 195-224)
SHACKELFORD, J. F. Ciência dos materiais. 6ª edição. São Paulo: Ed. Pearson 
Prentice Hall, 2008.
 Vídeos
Físico-Química I – Aula 17 – Equilíbrio de fases em sistema de um componente
https://youtu.be/x9An4YSB8xA
Mudança de estado e diagrama de fase – Terminologia – Aula 9 – Prof. Boaro
Nesse endereço eletrônico, também está disponível um vídeo que trata do equilíbrio de 
fases de um componente.
https://youtu.be/5ZVRNmXV8M8
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Referências
ASKELAND, D. R.; WRIGHT, W. J. Ciência e engenharia dos materiais. 3ª 
edição. São Paulo: Ed. Cengage Learning, 2014.
CALLISTER JR., W. D.; RETHVISCH, D. G. Ciência e engenharia de materiais: 
uma introdução. 9ª edição. Rio de Janeiro: Ed. LTC, 2018.
LESKO, J. Design industrial: materiais e processos de fabricação. 1ª edição. São 
Paulo: Ed. Blucher, 2004.
PAVANATI, H. C. Ciência e tecnologia dos materiais. São Paulo: Ed. Pearson 
Education do Brasil, 2015.
SHACKELFORD, J. F. Ciência dos materiais. 6ª edição. São Paulo: Ed. Pearson 
Prentice Hall, 2008.
SMITH, W. F.; HASHEMI, J. Fundamentos de engenharia e ciência dos mate-
riais. 5ª edição. Porto Alegre: Ed. AMGH, 2012.
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